JP5061393B2 - Fluorine gas concentration measuring method and concentration measuring apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、測定対象ガス中のフッ素ガスの濃度を測定する測定方法及び測定装置に関するものである。   The present invention relates to a measurement method and a measurement apparatus for measuring the concentration of fluorine gas in a measurement target gas.

従来より、ガス中のフッ素濃度を分析する方法として、種々の方法が知られている。   Conventionally, various methods are known as methods for analyzing the fluorine concentration in a gas.

特許文献1においては、フッ素ガスと、Ca(OH)等のアルカリ化合物との反応により、定量的に酸素ガスを発生させ、この酸素ガスをガスクロマトグラフィーで測定し、フッ素ガス濃度を測定する方法が提案されている。 In Patent Document 1, oxygen gas is quantitatively generated by a reaction between fluorine gas and an alkali compound such as Ca (OH) 2 , the oxygen gas is measured by gas chromatography, and the fluorine gas concentration is measured. A method has been proposed.

特許文献2においては、試料ガス中のフッ素を、二酸化炭素または金属フッ化物ガスに変換し、その濃度を測定することにより間接的にフッ素濃度を測定する方法が提案されている。   Patent Document 2 proposes a method of indirectly measuring the fluorine concentration by converting fluorine in a sample gas into carbon dioxide or metal fluoride gas and measuring the concentration thereof.

特許文献3においては、周期律表の3族の金属の化合物の充填層において、フッ素を酸素に置換することにより、試料ガス中のフッ素ガスと酸素の合計を求め、一方で試料中のフッ素を酸素以外のハロゲン成分に置換し、ハロゲン成分を吸着することにより元の試料ガス中に含まれる酸素分を求め、その差分からフッ素濃度を測定する方法が提案されている。   In Patent Document 3, the total of fluorine gas and oxygen in the sample gas is obtained by substituting fluorine with oxygen in the packed layer of the group 3 metal compound in the periodic table, while the fluorine in the sample is obtained. A method has been proposed in which a halogen component other than oxygen is substituted and the halogen component is adsorbed to obtain the oxygen content contained in the original sample gas, and the fluorine concentration is measured from the difference.

特許文献4においては、フッ素ガス測定装置の配管内面を予めフッ化しておくことにより、フッ素ガス濃度を正確に測定する装置が提案されている。   In patent document 4, the apparatus which measures a fluorine gas density | concentration correctly is proposed by fluorinating the piping inner surface of a fluorine gas measuring apparatus beforehand.

特開平2−162257号公報JP-A-2-162257 特開平2−201160号公報JP-A-2-201160 特開2001−165924号公報JP 2001-165924 A 特開2007−107904号公報JP 2007-107904 A

しかしながら、上記の従来技術においては、いずれも、特定の波長の吸光度を測定することにより濃度を測定しているため、高い検出精度でフッ素ガスの濃度を測定することができないという問題があった。   However, each of the above conventional techniques has a problem that the concentration of fluorine gas cannot be measured with high detection accuracy because the concentration is measured by measuring the absorbance at a specific wavelength.

本発明の目的は、検出精度の高いフッ素ガスの濃度測定方法及び測定装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a fluorine gas concentration measuring method and measuring apparatus with high detection accuracy.

本発明の濃度測定方法は、測定対象ガス中のフッ素ガスの濃度を測定する方法であって、測定対象ガスに対して水素ガスを混合し、測定対象ガス中の全てのフッ素ガスに水素ガスを反応させてフッ化水素とし、該フッ化水素を含む混合ガスにする混合工程と、混合ガス中の前記フッ化水素をアルカリ性の薬剤に吸収させて混合ガスからフッ化水素を除去するHF除去工程と、フッ化水素を除去した後、フッ化水素とアルカリ性の薬剤との反応で生成した水を除去するため、混合ガスを乾燥させて残分ガスを得る乾燥工程と、乾燥した前記残分ガスの量を測定するガス量測定工程とを備えることを特徴としている。   The concentration measurement method of the present invention is a method for measuring the concentration of fluorine gas in a measurement target gas, wherein hydrogen gas is mixed with the measurement target gas, and hydrogen gas is added to all the fluorine gases in the measurement target gas. Mixing step of reacting to make hydrogen fluoride and making it a mixed gas containing hydrogen fluoride, and removing HF from the mixed gas by absorbing the hydrogen fluoride in the mixed gas with an alkaline agent And, after removing hydrogen fluoride, in order to remove water produced by the reaction between hydrogen fluoride and an alkaline agent, a drying step of obtaining a residual gas by drying a mixed gas, and the dried residual gas And a gas amount measuring step for measuring the amount of gas.

本発明においては、測定対象ガスに対して水素ガスを混合し、測定対象ガス中の全てのフッ素ガスに水素ガスを反応させてフッ化水素にしている。このため、測定対象ガス中に存在するフッ素ガスを完全にフッ化水素にする反応において、フッ素ガスに対し等量以上の水素ガスを、測定対象ガスに混合することが好ましい。従って、一般的には、測定対象ガスと等量もしくは等量以上の水素ガスを混合することが好ましい。   In the present invention, hydrogen gas is mixed with the measurement target gas, and the hydrogen gas is reacted with all of the fluorine gas in the measurement target gas to form hydrogen fluoride. For this reason, in the reaction for completely converting the fluorine gas present in the measurement target gas to hydrogen fluoride, it is preferable to mix hydrogen gas in an amount equal to or greater than the fluorine gas into the measurement target gas. Therefore, in general, it is preferable to mix an equal amount or an equal amount or more of hydrogen gas with the measurement target gas.

混合ガス中のフッ化水素は、次の工程において、アルカリ性の薬剤に吸収させて、混合ガスから除去される。アルカリ性の薬剤としては、アルカリ土類金属またはアルカリ金属の水酸化物を好ましく用いることができ、取扱いが容易な水酸化カルシウム(ソーダライム)が特に好ましく用いられる。   In the next step, hydrogen fluoride in the mixed gas is absorbed by an alkaline agent and removed from the mixed gas. As the alkaline chemical, an alkaline earth metal or an alkali metal hydroxide can be preferably used, and calcium hydroxide (soda lime) which is easy to handle is particularly preferably used.

フッ化水素を除去した後、フッ化水素とアルカリ性の薬剤との反応で生成した水を除去するため、混合ガスを乾燥させて残分ガスとする。乾燥させる方法としては、特に限定されるものではないが、取扱いが容易であることから、酸化カルシウム(CaO:生石灰)との反応による脱水が好ましく用いられる。   After removing the hydrogen fluoride, the mixed gas is dried to form a residual gas in order to remove the water generated by the reaction between the hydrogen fluoride and the alkaline chemical. Although it does not specifically limit as a method to dry, Since handling is easy, dehydration by reaction with calcium oxide (CaO: quicklime) is used preferably.

次に、残分ガスの量を測定することにより、測定対象ガス中のフッ素ガスの濃度を求めることができる。予め、測定対象ガスと水素ガスとを混合する前に、測定対象ガスのガス量及び水素ガスのガス量をそれぞれ測定しておくことにより、測定対象ガス、水素ガス、及び残分ガスのガス量から測定対象ガス中のフッ素ガスの濃度を求めることができる。すなわち、測定対象ガスのガス量と水素ガスのガス量の合計から、残分ガスのガス量を差し引くことにより、フッ化水素のガス量を求めることができる。このフッ化水素のガス量から、測定対象ガス中のフッ化ガスの量を求めることができる。   Next, the concentration of the fluorine gas in the measurement target gas can be obtained by measuring the amount of the residual gas. Before mixing the gas to be measured and the hydrogen gas, the gas amounts of the gas to be measured, the hydrogen gas, and the residual gas are measured by measuring the gas amount of the gas to be measured and the gas amount of the hydrogen gas, respectively. From this, the concentration of fluorine gas in the gas to be measured can be determined. That is, the gas amount of hydrogen fluoride can be obtained by subtracting the gas amount of the residual gas from the total gas amount of the measurement target gas and the hydrogen gas. From the amount of hydrogen fluoride gas, the amount of fluoride gas in the measurement target gas can be determined.

残分ガスの量を測定する方法は、特に限定されるものではなく、例えば、残分ガスの体積を測定することにより、残分ガスの量を測定することができる。測定対象ガスが流動している場合には、流動する測定ガス中のフッ素ガスの濃度を測定することができる。このような場合、残分ガスの量を、マスフローメータで測定することができる。   The method for measuring the amount of residual gas is not particularly limited. For example, the amount of residual gas can be measured by measuring the volume of the residual gas. When the measurement target gas is flowing, the concentration of the fluorine gas in the flowing measurement gas can be measured. In such a case, the amount of residual gas can be measured with a mass flow meter.

また、測定対象ガスの流量及び測定対象ガスに混合させる水素ガスの流量を、それぞれマスフローメータで測定することができる。これにより、測定対象ガスに対する水素ガスの混合割合を求めることができる。   Further, the flow rate of the measurement target gas and the flow rate of the hydrogen gas mixed with the measurement target gas can be measured with a mass flow meter, respectively. Thereby, the mixing ratio of the hydrogen gas with respect to the measurement target gas can be obtained.

また、本発明においては、混合工程とガス量測定工程の間に、ガス量を安定化させるためのガス量安定化工程がさらに備えられていることが好ましい。特に、測定対象ガスが流動している場合には、ガス流量が変動しやすいので、ガス量安定化工程を設けることにより、フッ素ガスの濃度の測定を安定して行うことができる。   In the present invention, it is preferable that a gas amount stabilization step for stabilizing the gas amount is further provided between the mixing step and the gas amount measurement step. In particular, when the gas to be measured is flowing, the gas flow rate is likely to fluctuate. Therefore, by providing the gas amount stabilization step, the concentration of the fluorine gas can be stably measured.

本発明のフッ素ガスの濃度測定装置は、上記本発明の測定方法でフッ素ガスの濃度を測定するための装置であり、測定対象ガス及び水素ガスを導入して混合し、反応させてフッ化水素を生成させるための混合反応室と、混合反応室から排出された混合ガス中のフッ化水素をアルカリ性の薬剤に吸収させてフッ化水素を除去するためのフッ化水素除去室と、フッ化水素除去室から排出された混合ガスを乾燥させて残分ガスを得るための乾燥室と、乾燥室から排出された残分ガスの量を測定するための測定手段とを備えることを特徴としている。   The fluorine gas concentration measuring apparatus of the present invention is an apparatus for measuring the concentration of fluorine gas by the above-described measuring method of the present invention. The measurement object gas and hydrogen gas are introduced, mixed, reacted, and reacted with hydrogen fluoride. Reaction chamber for generating hydrogen, hydrogen fluoride removal chamber for removing hydrogen fluoride by absorbing hydrogen fluoride in the mixed gas discharged from the mixture reaction chamber with an alkaline agent, and hydrogen fluoride It is characterized by comprising a drying chamber for drying the mixed gas discharged from the removal chamber to obtain a residual gas, and a measuring means for measuring the amount of the residual gas discharged from the drying chamber.

本発明の濃度測定装置を用いることにより、測定対象物中水素ガスの濃度を高い検出精度で、簡易に測定することができる。   By using the concentration measuring apparatus of the present invention, the concentration of hydrogen gas in the measurement object can be easily measured with high detection accuracy.

本発明の濃度測定装置においては、混合反応室と測定手段との間に、ガス量を安定化するための少なくとも1つのバッファタンクがさらに備えられていることが好ましい。バッファタンクを備えることにより、測定対象となるガス量の変動を安定化することができ、安定して測定対象ガス中のフッ素ガス濃度を測定することができる。   In the concentration measuring apparatus of the present invention, it is preferable that at least one buffer tank for stabilizing the gas amount is further provided between the mixing reaction chamber and the measuring means. By providing the buffer tank, fluctuations in the amount of gas to be measured can be stabilized, and the fluorine gas concentration in the measurement object gas can be stably measured.

残分の量を測定する濃度測定手段としては、測定対象ガスが流動している場合には、マスフローメータを用いることができる。   As the concentration measuring means for measuring the remaining amount, a mass flow meter can be used when the measurement target gas is flowing.

また、測定対象ガスが流動している場合には、混合反応室に導入する測定対象ガス及び水素ガスのそれぞれの量を、ガス量測定手段によって測定することができる。このようなガス量測定手段としては、例えば、マスフローメータを用いることができる。マスフローメータを用いれば、連続的にフッ素ガス濃度を測定することができる。   In addition, when the measurement target gas is flowing, the amounts of the measurement target gas and hydrogen gas introduced into the mixing reaction chamber can be measured by the gas amount measuring means. As such a gas amount measuring means, for example, a mass flow meter can be used. If a mass flow meter is used, the fluorine gas concentration can be continuously measured.

本発明によれば、高い検出精度で測定対象ガス中のフッ素ガスの濃度を簡易に測定することができる。   According to the present invention, the concentration of fluorine gas in the measurement target gas can be easily measured with high detection accuracy.

本発明に従う一実施形態のフッ素ガス濃度測定装置を示す模式図。The schematic diagram which shows the fluorine gas concentration measuring apparatus of one Embodiment according to this invention. 測定対象ガス中のフッ素濃度(実際値)と測定値の関係を示す図。The figure which shows the relationship between the fluorine concentration (actual value) in measurement object gas, and a measured value. 本発明に従う一実施形態のフッ素ガス濃度測定装置における測定対象ガスと水素ガスを混合反応室に供給するための配管を示す断面図。Sectional drawing which shows the piping for supplying the measuring object gas and hydrogen gas to the mixing reaction chamber in the fluorine gas concentration measuring apparatus of one Embodiment according to this invention. 図3に示す配管の周囲に水冷管が設けられた状態を示す断面図。Sectional drawing which shows the state in which the water cooling pipe was provided around the piping shown in FIG.

以下、本発明を具体的な実施形態により説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described with reference to specific embodiments, but the present invention is not limited to the following embodiments.

図1は、本発明に従う一実施形態のフッ素ガス濃度測定装置を示す模式図である。   FIG. 1 is a schematic diagram showing a fluorine gas concentration measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

図1に示すように、本実施形態のフッ素ガス濃度測定装置10は、マスフローメータ11及び12、混合反応室13、フッ化水素除去室14、乾燥室15、バッファタンク16、及びマスフローメータ17を備えている。測定対象ガス1は、マスフローメータ11を通り、混合反応室13に供給される。水素ガス2は、マスフローメータ12を通り、混合反応室13に供給される。マスフローメータ11及びマスフローメータ12は流量調整手段が併設され、任意の流量を流すことができるようになされているものである。また更にマスフローコントローラを併設して、設定したガス量を自動的に流せるようにしてもよい。尚、マスフローメータ11及び12は、水素ガスや窒素ガスが測定基準として設定されたものを用いている。マスフローメータ11により、測定対象ガス1の混合反応室13への流量を測定することができる。また、マスフローメータ12により、水素ガス2の混合反応室13への流量を測定することができる。マスフローメータ11及び12により測定されるこれらの流量から、測定対象ガス1に対する水素ガス2の混合割合を求めることができる。マスフローメータ11で測定された測定対象ガス1の流量の表示値は100ml/分である。また、マスフローメータ12で測定された水素ガス2の流量の表示値は100ml/分である。   As shown in FIG. 1, the fluorine gas concentration measuring apparatus 10 of this embodiment includes mass flow meters 11 and 12, a mixing reaction chamber 13, a hydrogen fluoride removing chamber 14, a drying chamber 15, a buffer tank 16, and a mass flow meter 17. I have. The measurement target gas 1 passes through the mass flow meter 11 and is supplied to the mixing reaction chamber 13. The hydrogen gas 2 passes through the mass flow meter 12 and is supplied to the mixing reaction chamber 13. The mass flow meter 11 and the mass flow meter 12 are provided with a flow rate adjusting means so that an arbitrary flow rate can flow. Further, a mass flow controller may be additionally provided so that the set gas amount can be automatically flowed. The mass flow meters 11 and 12 use hydrogen gas or nitrogen gas set as a measurement standard. The mass flow meter 11 can measure the flow rate of the measurement target gas 1 to the mixed reaction chamber 13. In addition, the mass flow meter 12 can measure the flow rate of the hydrogen gas 2 to the mixed reaction chamber 13. From these flow rates measured by the mass flow meters 11 and 12, the mixing ratio of the hydrogen gas 2 to the measurement target gas 1 can be obtained. The display value of the flow rate of the measurement target gas 1 measured by the mass flow meter 11 is 100 ml / min. Moreover, the display value of the flow volume of the hydrogen gas 2 measured with the mass flow meter 12 is 100 ml / min.

ここでは、測定対象ガス1として、フッ素(F)ガスを、窒素(N)ガスで希釈したガスを用いている。従って、測定対象ガス1中のガス成分は、F+Nであり、水素ガス2中のガス成分はHである。混合反応室13においては、測定対象ガス1と水素ガス2とが混合され、測定対象ガス1中のフッ素(F)ガスが、水素(H)ガス2と、以下の反応式のように反応し、フッ化水素(HF)ガスが生成する。 Here, a gas obtained by diluting fluorine (F 2 ) gas with nitrogen (N 2 ) gas is used as the measurement target gas 1. Therefore, the gas component in the measurement target gas 1 is F 2 + N 2 , and the gas component in the hydrogen gas 2 is H 2 . In the mixed reaction chamber 13, the measurement target gas 1 and the hydrogen gas 2 are mixed, and the fluorine (F 2 ) gas in the measurement target gas 1 is converted into the hydrogen (H 2 ) gas 2 and the following reaction formula. Reacts to produce hydrogen fluoride (HF) gas.

+H → 2HF
本実施形態において、水素ガス2は、測定対象ガス1中のフッ素ガスの量と等量混合されているので、全てのフッ素ガスは、水素ガスと反応して、フッ化水素ガスとなる。また、水素ガス2の量は、測定対象ガス1中のフッ素ガスよりも通常多く存在しているので、混合ガス中には未反応の水素ガスが残留している。更にまた、測定対象ガス1中のフッ素ガスの濃度が100%に近い場合であっても、水素ガスや窒素ガスが測定基準として設定されたマスフローメータの特性上、フッ素ガスは測定時の表示値が実際の容積より約7%多く表示される。上記の流量において「表示値」を付しているのは、流量の「実際値」を示している訳ではないためである。従って「表示値」において、水素ガス2の量を測定対象ガス1と同量としても、フッ素ガスは「表示値」より少ない「実際値」であるため、水素ガス2が不足する恐れがない。マスフローメータのような、ガスの種類によって表示値が異なる場合、「等量」配合するとは、測定対象ガス1中のフッ素ガスの濃度が100%である場合として置き換えることもできる。マスフローメータは、上流と下流とで生じる温度差により流体の量を測定するものであり、発生する温度差は流体である気体の比熱に依存する。本実施形態において用いるマスフローメータは水素ガスや窒素ガスを測定するものであり、これらのガスについては特に補正の必要はないが、フッ素ガスは水素ガスや窒素ガスより比熱が約7%大きく、同量の気体を流しても表示される数値は約7%大きく表示される。その数値を補正してフッ素ガスの流量とするために0.93を用いる必要がある。
F 2 + H 2 → 2HF
In the present embodiment, the hydrogen gas 2 is mixed in an amount equal to the amount of fluorine gas in the measurement target gas 1, so that all the fluorine gas reacts with the hydrogen gas to become hydrogen fluoride gas. Further, since the amount of the hydrogen gas 2 is usually larger than the fluorine gas in the measurement target gas 1, unreacted hydrogen gas remains in the mixed gas. Furthermore, even when the concentration of the fluorine gas in the measurement target gas 1 is close to 100%, the fluorine gas is a display value at the time of measurement due to the characteristics of the mass flow meter in which hydrogen gas or nitrogen gas is set as the measurement standard. Is displayed about 7% more than the actual volume. The reason why the “display value” is attached in the above flow rate is because it does not indicate the “actual value” of the flow rate. Therefore, even if the amount of the hydrogen gas 2 is the same as that of the measurement target gas 1 in the “display value”, the fluorine gas is an “actual value” that is smaller than the “display value”, so there is no fear that the hydrogen gas 2 is insufficient. When the display value differs depending on the type of gas, such as a mass flow meter, “equal amount” blending can be replaced with the case where the concentration of the fluorine gas in the measurement target gas 1 is 100%. The mass flow meter measures the amount of fluid based on the temperature difference generated between upstream and downstream, and the generated temperature difference depends on the specific heat of the gas, which is a fluid. The mass flow meter used in this embodiment measures hydrogen gas and nitrogen gas, and there is no need for correction for these gases, but fluorine gas has a specific heat of about 7% larger than that of hydrogen gas or nitrogen gas. The numerical value displayed even when flowing an amount of gas is about 7% larger. Should Ru using 0.93 to the flow rate of the fluorine gas to correct the numerical value.

測定対象ガス1中のフッ素ガスと水素ガスとが反応すると、発火または発熱を生じる場合がある。このような発火または発熱が配管内を逆流しないようにしておくことが好ましい。   When the fluorine gas and hydrogen gas in the measurement target gas 1 react with each other, ignition or heat generation may occur. It is preferable to prevent such ignition or heat generation from flowing back in the piping.

図3は、発火または発熱が配管内を逆流するのを防止するための配管を示す横方向断面図である。図3に示すように、配管20は、外側配管22と、外側配管22の内側に配置される内側配管21から構成されている。内側配管21の内部21aには、測定対象ガスが通され、外側配管22と内側配管21との間の部分22aには、水素ガスが通される。内側配管21及び外側配管22のそれぞれの先端は、混合反応室13内に導入されている。   FIG. 3 is a transverse cross-sectional view showing a pipe for preventing ignition or heat generation from flowing back in the pipe. As shown in FIG. 3, the pipe 20 is composed of an outer pipe 22 and an inner pipe 21 arranged inside the outer pipe 22. A gas to be measured is passed through the inside 21 a of the inner pipe 21, and hydrogen gas is passed through a portion 22 a between the outer pipe 22 and the inner pipe 21. The front ends of the inner pipe 21 and the outer pipe 22 are introduced into the mixing reaction chamber 13.

内側配管21の先端及び外側配管22の先端は、テーパー状に形成されており、管径が小さくなり、先細り形状となるように形成されている。このため、配管20から測定対象ガス及び水素ガスが排出される際、流速を速めることができる。これにより、測定対象ガス中のフッ素ガスと、水素ガスとが接触して反応した際に生じる発火または発熱が、配管20内を逆流するのを防止することができる。   The distal end of the inner pipe 21 and the distal end of the outer pipe 22 are formed in a tapered shape so that the pipe diameter is reduced and a tapered shape is formed. For this reason, when the measurement target gas and the hydrogen gas are discharged from the pipe 20, the flow velocity can be increased. Thereby, it can prevent that the ignition or heat_generation | fever which arises when the fluorine gas in measurement object gas and hydrogen gas contact and react flows back in the piping 20. FIG.

また、配管20の先端付近で、フッ素ガスと水素ガスとが接触して、反応が生じるとともに、混合反応室13内でも反応を生じさせることができ、フッ素ガスと水素ガスの反応を、2段階で反応させることができる。   In addition, the fluorine gas and the hydrogen gas come into contact with each other in the vicinity of the tip of the pipe 20 to cause a reaction, and the reaction can also be caused in the mixed reaction chamber 13. The reaction between the fluorine gas and the hydrogen gas can be performed in two stages. Can be reacted.

また、配管20の先端部において、フッ素ガスを水素ガスが包み込むように、混合されるため、フッ素ガスと水素ガスとが確実に接触し、確実に反応させることができる。   Moreover, since fluorine gas is mixed so that hydrogen gas wraps in the front-end | tip part of the piping 20, fluorine gas and hydrogen gas can contact reliably and can be made to react reliably.

配管20の少なくとも一部の周りには、水冷管が備えられている。   A water cooling pipe is provided around at least a part of the pipe 20.

図4は、水冷管が備えられている部分における配管20の断面を示す断面図である。図4に示すように、配管20の周りには、水冷管23が設けられており、配管20の外側配管22と水冷管23の間の部分23aに、配管20内を冷却するための水が通されている。水冷管23を設けることにより、配管20内の測定対象ガス及び水素ガスを冷却することができ、フッ素ガスと水素ガスの反応による発熱が生じても、それによって温度上昇することを抑制することができる。   FIG. 4 is a cross-sectional view showing a cross section of the pipe 20 in a portion where the water-cooled pipe is provided. As shown in FIG. 4, a water cooling pipe 23 is provided around the pipe 20, and water for cooling the inside of the pipe 20 is provided in a portion 23 a between the outer pipe 22 and the water cooling pipe 23 of the pipe 20. Has been passed. By providing the water cooling pipe 23, the measurement target gas and the hydrogen gas in the pipe 20 can be cooled, and even if heat is generated due to the reaction between the fluorine gas and the hydrogen gas, it is possible to suppress an increase in temperature due to this. it can.

また、混合反応室13を、水中に浸漬させ、冷却することもできる。冷却することにより、ガスが加温されて体積膨張するのを防止することができるので、精度の高い測定を行うことができる。   Moreover, the mixing reaction chamber 13 can be immersed in water and cooled. By cooling, it is possible to prevent the gas from being heated and volume-expanding, so that highly accurate measurement can be performed.

混合反応室13中で反応して生成したフッ化水素(HF)ガスと、未反応の水素(H)ガスと、希釈ガスである窒素(N)ガスは、次にフッ化水素除去室14に供給される。従って、混合反応室13から排出され、フッ化水素除去室14に供給されるガス成分は、HF+N+Hとなる。フッ化水素除去室14においては、水酸化カルシウム(Ca(OH))が配置されており、この水酸化カルシウムと、フッ化水素(HF)ガスとが、以下の反応式に示すように反応し、フッ素成分がフッ化カルシウムとして取り込まれ、混合ガスからフッ化水素(HF)ガスが除去される。 The hydrogen fluoride (HF) gas generated by reacting in the mixed reaction chamber 13, the unreacted hydrogen (H 2 ) gas, and the nitrogen (N 2 ) gas as the dilution gas are then supplied to the hydrogen fluoride removal chamber. 14. Therefore, the gas component discharged from the mixing reaction chamber 13 and supplied to the hydrogen fluoride removal chamber 14 is HF + N 2 + H 2 . In the hydrogen fluoride removal chamber 14, calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) is disposed, and this calcium hydroxide reacts with hydrogen fluoride (HF) gas as shown in the following reaction formula. Then, the fluorine component is taken in as calcium fluoride, and hydrogen fluoride (HF) gas is removed from the mixed gas.

2HF+Ca(OH) → CaF+2H
フッ化水素除去室14には、混合ガス中に含まれる全てのフッ化水素(HF)ガスが除去されるように、多量の水酸化カルシウムが配置されている。
2HF + Ca (OH) 2 → CaF 2 + 2H 2 O
A large amount of calcium hydroxide is disposed in the hydrogen fluoride removal chamber 14 so that all the hydrogen fluoride (HF) gas contained in the mixed gas is removed.

上記の反応式のように、フッ化水素(HF)ガスは、水酸化カルシウムと反応することにより、フッ化カルシウムを生成するとともに、水(HO)が生成する。従って、混合ガス中には、水が含まれている。 As in the above reaction formula, hydrogen fluoride (HF) gas reacts with calcium hydroxide to generate calcium fluoride and water (H 2 O). Therefore, the mixed gas contains water.

フッ化水素除去室14から排出された混合ガスは、次に、乾燥室15に供給される。フッ化水素除去室14から排出されたガス成分は、N+H+HOである。乾燥室15には、酸化カルシウム(CaO:生石灰)が配置されている。酸化カルシウムにより、混合ガス中の水が吸収され、水が除去されることによって、混合ガスを乾燥することができる。従って、混合ガスから水(HO)が除去されて残分ガスとなる。残分ガス中の成分は、N+Hとなる。 The mixed gas discharged from the hydrogen fluoride removing chamber 14 is then supplied to the drying chamber 15. The gas component discharged from the hydrogen fluoride removal chamber 14 is N 2 + H 2 + H 2 O. Calcium oxide (CaO: quick lime) is arranged in the drying chamber 15. The calcium oxide absorbs water in the mixed gas and removes the water, whereby the mixed gas can be dried. Therefore, water (H 2 O) is removed from the mixed gas to become a residual gas. The component in the residual gas is N 2 + H 2 .

乾燥室15から排出された残分ガスは、未反応の水素(H)ガスと、測定対象ガス1中の希釈ガスである窒素(N)を含んでいる。乾燥室15から排出された残分ガスは、次にバッファタンク16に送られる。バッファタンク16に送られることにより、ガス流量の変動を低減させて安定化させることができる。ガス流量を安定化することにより、安定してガス流量を測定することができる。 The residual gas discharged from the drying chamber 15 contains unreacted hydrogen (H 2 ) gas and nitrogen (N 2 ) that is a dilution gas in the measurement target gas 1. The residual gas discharged from the drying chamber 15 is then sent to the buffer tank 16. By being sent to the buffer tank 16, fluctuations in the gas flow rate can be reduced and stabilized. By stabilizing the gas flow rate, the gas flow rate can be measured stably.

バッファタンク16から排出された残分ガスの流量をマスフローメータ17で測定することにより、測定対象ガス1中の希釈ガスである窒素(N)と未反応の水素(H)の流量を測定することができる。 By measuring the flow rate of the residual gas discharged from the buffer tank 16 with the mass flow meter 17, the flow rates of nitrogen (N 2 ) and unreacted hydrogen (H 2 ) that are dilution gases in the measurement target gas 1 are measured. can do.

マスフローメータ12で測定された測定対象ガス1と水素ガス2の合計の流量から、マスフローメータ17で測定した残分ガスの流量を差し引くことにより、測定対象ガス1中に含まれていたフッ素ガスと反応した水素ガスの量を求めることができる。フッ素ガスと反応した水素ガスの量から、これと反応したフッ素ガスの量を求めることができ、測定対象ガス1中に含まれていたフッ素ガスの量を算出することができる。   By subtracting the flow rate of the residual gas measured by the mass flow meter 17 from the total flow rate of the measurement target gas 1 and the hydrogen gas 2 measured by the mass flow meter 12, the fluorine gas contained in the measurement target gas 1 and The amount of reacted hydrogen gas can be determined. From the amount of hydrogen gas that has reacted with the fluorine gas, the amount of fluorine gas that has reacted with this can be determined, and the amount of fluorine gas contained in the measurement target gas 1 can be calculated.

上述のように、測定対象ガス1及び水素ガス2のそれぞれの流量を、100ml/分とした場合、マスフローメータ17で測定された流量(表示値)から、以下の式により、測定対象ガス1中のフッ素量(%)を求めることができる。   As described above, when the flow rates of the measurement target gas 1 and the hydrogen gas 2 are set to 100 ml / min, the flow rate (display value) measured by the mass flow meter 17 is used to calculate the measurement target gas 1 in the measurement target gas 1. The amount of fluorine (%) can be determined.

測定対象ガス中のフッ素量(%)=[(207.5−表示値)/1.93]×0.93 Fluorine amount in measurement target gas (%) = [(207.5−display value) /1.93] × 0.93

測定対象ガス1中のフッ素ガス量(表示値)をX、窒素ガス量をY、水素ガス2の量をZ、残分ガス量Aとした場合、測定対象ガス1と水素ガス2とが各々100mlであれば、
X+Y=100
Z=100
A=Y+(Z−0.93X)
=(100−X)+(100−0.93X)
=200−1.93X
X=(200−A)/1.93
但し、ここでXは表示値なので、実際値はコンバージョンファクターで乗する必要があるため、フッ素ガスの実際値=X×0.93=[(200−A)/1.93]×0.93
となる。
When the fluorine gas amount (display value) in the measurement target gas 1 is X, the nitrogen gas amount Y is Y, the hydrogen gas 2 amount Z is the residual gas amount A, the measurement target gas 1 and the hydrogen gas 2 are respectively If it ’s 100ml,
X + Y = 100
Z = 100
A = Y + (Z-0.93X)
= (100-X) + (100-0.93X)
= 200-1.93X
X = (200−A) /1.93
However, since X is a display value here, the actual value needs to be multiplied by the conversion factor, so the actual value of fluorine gas = X × 0.93 = [(200−A) /1.93] × 0.93
It becomes.

上記の実施形態の装置を用いることにより、フッ素ガスの検出精度として、±約1%程度の高い検出精度を得ることができる。   By using the apparatus of the above embodiment, a high detection accuracy of about ± 1% can be obtained as the fluorine gas detection accuracy.

図2は、測定対象ガス中のフッ素濃度(実際値)と、本実施形態の測定装置で測定した測定値との関係を示す図である。図2に示すように、測定対象ガス中に実際に含有させたフッ素ガスの濃度の実際値と、本実施形態の測定装置で測定した測定値とは、ほぼ比例関係が存在しており、良好な検出精度が得られることがわかる。   FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the fluorine concentration (actual value) in the measurement target gas and the measurement value measured by the measurement apparatus of the present embodiment. As shown in FIG. 2, the actual value of the concentration of the fluorine gas actually contained in the measurement target gas and the measurement value measured by the measurement apparatus of the present embodiment have a substantially proportional relationship and are good. It can be seen that accurate detection accuracy can be obtained.

上記実施形態においては、測定対象ガス1中の希釈ガスとして、窒素ガスを用いているが、アルゴン(Ar)ガスなど、フッ素と反応しない不活性ガスを希釈ガスとして用いた場合にも同様に測定することができる。また、測定対象ガス1中に、フッ化水素が含まれている場合には、フッ化水素の存在により、測定誤差を生じるので、予めNaF等でフッ化水素を除去することが好ましい。   In the above embodiment, nitrogen gas is used as the dilution gas in the measurement target gas 1, but measurement is similarly performed when an inert gas that does not react with fluorine, such as argon (Ar) gas, is used as the dilution gas. can do. Further, when hydrogen fluoride is contained in the measurement target gas 1, a measurement error occurs due to the presence of hydrogen fluoride. Therefore, it is preferable to remove hydrogen fluoride with NaF or the like in advance.

1…測定対象ガス
2…水素ガス
10…フッ素ガス濃度測定装置
11,12,17…マスフローメータ
13…混合反応室
14…フッ化水素除去室
15…乾燥室
16…バッファタンク
20…配管
21…内側配管
21a…内側配管の内部
22…外側配管
22a…内側配管と外側配管の間の部分
23…水冷管
23a…外側配管と水冷管との間の部分
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Measurement object gas 2 ... Hydrogen gas 10 ... Fluorine gas concentration measuring device 11, 12, 17 ... Mass flow meter 13 ... Mixing reaction chamber 14 ... Hydrogen fluoride removal chamber 15 ... Drying chamber 16 ... Buffer tank 20 ... Piping 21 ... Inside Pipe 21a ... Inside of inner pipe 22 ... Outer pipe 22a ... Part between inner pipe and outer pipe 23 ... Water-cooled pipe 23a ... Part between outer pipe and water-cooled pipe

Claims (9)

測定対象ガス中のフッ素ガスの濃度を測定する方法であって、
前記測定対象ガスに対して水素ガスを混合し、前記測定対象ガス中の全てのフッ素ガスに水素ガスを反応させてフッ化水素とし、該フッ化水素を含む混合ガスにする混合工程と、
前記混合ガス中の前記フッ化水素をアルカリ性の薬剤に吸収させて前記混合ガスから前記フッ化水素を除去するHF除去工程と、
前記フッ化水素を除去した後、前記フッ化水素と前記アルカリ性の薬剤との反応で生成した水を除去するため、前記混合ガスを乾燥させて残分ガスを得る乾燥工程と、
乾燥した前記残分ガスの量を測定するガス量測定工程とを備えることを特徴とするフッ素ガスの濃度測定方法。
A method for measuring the concentration of fluorine gas in a measurement target gas,
A mixing step of mixing hydrogen gas with the measurement target gas, causing hydrogen gas to react with all the fluorine gas in the measurement target gas to form hydrogen fluoride, and to form a mixed gas containing the hydrogen fluoride;
An HF removing step of removing the hydrogen fluoride from the mixed gas by absorbing the hydrogen fluoride in the mixed gas with an alkaline agent;
After removing the hydrogen fluoride, in order to remove water generated by the reaction between the hydrogen fluoride and the alkaline chemical, a drying step of drying the mixed gas to obtain a residual gas;
A method for measuring the concentration of fluorine gas, comprising: a gas amount measuring step for measuring the amount of the dried residual gas.
前記水素ガスは、前記測定対象ガスと等量混合されることを特徴とする請求項1に記載のフッ素ガスの濃度測定方法。   The method for measuring the concentration of fluorine gas according to claim 1, wherein the hydrogen gas is mixed in an equal amount with the measurement target gas. 前記測定対象ガスのガス量及び前記水素ガスのガス量をそれぞれ予め混合前に測定し、前記測定対象ガス、前記水素ガス及び前記残分ガスのガス量から前記測定対象ガス中のフッ素ガスの濃度を求めることを特徴とする請求項1または2に記載のフッ素ガスの濃度測定方法。   The gas amount of the measurement target gas and the gas amount of the hydrogen gas are measured in advance before mixing, and the concentration of fluorine gas in the measurement target gas is determined from the gas amounts of the measurement target gas, the hydrogen gas, and the residual gas. The method for measuring the concentration of fluorine gas according to claim 1 or 2, wherein: 前記混合工程と前記ガス量測定工程との間に、ガス量を安定化するためのガス量安定化工程をさらに備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のフッ素ガスの濃度測定方法。   The fluorine gas according to any one of claims 1 to 3, further comprising a gas amount stabilization step for stabilizing the gas amount between the mixing step and the gas amount measurement step. Concentration measurement method. 前記残分ガスの量をマスフローメータで測定することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のフッ素ガスの濃度測定方法。   The method for measuring the concentration of fluorine gas according to claim 1, wherein the amount of the residual gas is measured with a mass flow meter. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の測定方法でフッ素ガスの濃度を測定するための装置であって、
前記測定対象ガス及び前記水素ガスを導入して混合し、反応させてフッ化水素を生成させるための混合反応室と、
前記混合反応室から排出された前記混合ガス中の前記フッ化水素をアルカリ性の薬剤に吸収させて前記フッ化水素を除去するためのフッ化水素除去室と、
前記フッ化水素除去室から排出された前記混合ガスを乾燥させて残分ガスを得るための乾燥室と、
前記乾燥室から排出された前記残分ガスの量を測定するための測定手段とを備えることを特徴とするフッ素ガスの濃度測定装置。
An apparatus for measuring the concentration of fluorine gas by the measurement method according to any one of claims 1 to 5,
A mixed reaction chamber for introducing and mixing the gas to be measured and the hydrogen gas and reacting them to generate hydrogen fluoride;
A hydrogen fluoride removing chamber for removing the hydrogen fluoride by absorbing the hydrogen fluoride in the mixed gas discharged from the mixed reaction chamber into an alkaline agent;
A drying chamber for drying the mixed gas discharged from the hydrogen fluoride removal chamber to obtain a residual gas;
A fluorine gas concentration measuring device comprising: a measuring means for measuring the amount of the residual gas discharged from the drying chamber.
前記混合反応室と前記測定手段との間に、ガス量を安定化するための少なくとも1つのバッファタンクをさらに備えることを特徴とする請求項6に記載のフッ素ガスの濃度測定装置。   The fluorine gas concentration measuring device according to claim 6, further comprising at least one buffer tank for stabilizing a gas amount between the mixing reaction chamber and the measuring means. 前記測定手段がマスフローメータであることを特徴とする請求項6または7に記載のフッ素ガスの濃度測定装置。   The fluorine gas concentration measuring device according to claim 6 or 7, wherein the measuring means is a mass flow meter. 前記混合反応室に導入する前記測定対象ガス及び前記水素ガスのそれぞれの量を測定するためのガス量測定手段をさらに備えることを特徴とする請求項6〜8のいずれか1項に記載のフッ素ガスの濃度測定装置。   The fluorine according to any one of claims 6 to 8, further comprising gas amount measuring means for measuring respective amounts of the measurement object gas and the hydrogen gas introduced into the mixed reaction chamber. Gas concentration measuring device.
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