JP5153980B2 - アンモニアの回収装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンモニアを含む廃液、例えば、半導体製造工程から排出されるRCA洗浄廃液、CMP廃液、BHF洗浄廃液等からアンモニア成分を回収するための、アンモニアの回収装置及び処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体製造工程におけるシリコンウェハの研磨面の洗浄法として、RCA洗浄法が知られている。このRCA洗浄法では、アンモニアと過酸化水素と水を混合した洗浄液(SC1などと呼ばれる)が用いられ、これによってウェハ表面の微粒子等の除去が行われる。洗浄後の廃液には、通常、アンモニアが1〜3%程度含まれているので、このアンモニアを濃縮・精製して再利用したいという要請がある。その他、半導体製造工程、例えば、CMP平坦化工程、エッチング工程等でもアンモニアが使用されている。
そこで、従来、製造工程からのアンモニアガスは排気ガスとして処理され、また、洗浄後のアンモニアを含む廃液(以下、アンモニア含有廃液と呼ぶ)からアンモニア成分を精製するために、蒸留塔などの精製手段が用いられている。この場合、アンモニア含有廃液は、蒸留塔に供給されることで低沸点成分の精製が行われ、塔頂部からはアンモニア水溶液が高濃度で得られるようになっている。塔頂部から得られた高濃度のアンモニア水溶液は、ウェハ表面の洗浄工程に戻されて再利用されたり、あるいは、業者に引き取られて他の工業プロセスに利用されたりする。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のように、製造工程からのアンモニアガスが排気ガスとして処理される過程、あるいは、アンモニア含有廃液が処理される過程では、アンモニア含有廃液から気化したアンモニアガスが系外に排出されてしまうことがある。この場合、アンモニア含有廃液からのアンモニア成分の回収率が低下し、ひいては半導体製造工程全体のランニングコストが高くなる問題がある。
本発明は、このような問題を解決するために創案されたものであり、アンモニア含有廃液のアンモニア成分を精製し、さらに、製造工程から気化したアンモニアガス、及び、アンモニア含有廃液から気化するアンモニアガスをも回収・精製することで、アンモニア成分を高収率で回収できるアンモニアの回収装置を提供することを課題とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために、本発明は各請求項に記載した通りの構成を備えている。
請求項1に記載のアンモニアの回収装置は、アンモニア含有廃液のアンモニア成分を精製するアンモニア精製手段と、アンモニア含有廃液から気化するアンモニアガスを水に溶解させて回収するアンモニアガス回収手段を備えている。アンモニア精製手段としては、例えば、蒸留塔や精留塔などが用いられる。また、アンモニアガス回収手段としては、気液接触による公知のガス回収手段が用いられ、具体的には、例えば、スクラバー(ベンチュリ式、ジェット式等)、スプレー塔、充填塔、段塔などが用いられる。
アンモニアガス回収手段から排出されるアンモニアガス回収後の廃液(以下、アンモニアガス回収廃液と呼ぶ)は、アンモニア精製手段に供給される。これにより、アンモニア含有廃液中のアンモニア成分が精製されるだけでなく、気化したアンモニアガスまでもが回収・精製されることになり、全体として高収率でアンモニア成分の回収をすることができる。
【0005】
請求項2に記載のアンモニアの回収装置によれば、硫酸を加えたアンモニアガス回収手段から排出されるアンモニアガス回収廃液は、アンモニア精製手段に供給される。これにより、アンモニアガス回収廃液中のアンモニア成分は、硫安(硫酸アンモニウム)として溶存することになり、アンモニア成分を安定化させた状態でアンモニア精製手段に供給することができる。
【0006】
さらに、硫酸が加えられたアンモニアガス回収廃液は、pH値11以上に調整された後にアンモニア精製手段に供給される。ここで、pH値11以上に調整するためには、適当な塩基性物質、例えば、苛性ソーダ等が混入される。これにより、弱塩基であるアンモニアが分離・濃縮されやすくなり、アンモニア精製手段にて高濃度のアンモニア水溶液が効率よく得られることになる。
【0007】
また、請求項1に記載のアンモニアの回収装置によれば、アンモニア精製手段により得られ供給側のラインへ供給されるアンモニア水溶液の濃度を測定するアンモニア濃度測定手段が設けられる。そして、このアンモニア濃度測定手段による測定値を目標値に近づけるための制御が行われる。すなわち、アンモニア精製手段により得られる高濃度のアンモニア水溶液は、アンモニア精製手段、もしくは、アンモニア精製手段よりも前段側に戻り側のラインを使って返流される。この返流されるアンモニア水溶液の量や比率(例えば、還流比等)を操作量として、アンモニア濃度測定手段による測定値を所定の目標値に近づけるための制御(例えば、PID制御、フィードバック制御等)が行われるようになっている。これにより、利用価値の高い、一定濃度のアンモニア水溶液を得ることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1の実施の形態〜第3の実施の形態を説明する。
【0010】
[第1の実施の形態]
本発明の第1の実施の形態を図面にしたがって説明する。
本実施の形態では、半導体製造工場のシリコンウェハ製造工程から排出されるRCA洗浄廃液の処理が行われる。このRCA洗浄廃液には、アンモニア及び過酸化水素がそれぞれ1〜3wt%程度含まれており、さらに、研磨剤として使用されたシリカ微粒子等が懸濁物として含まれる場合もある。このRCA洗浄廃液が、本発明における「アンモニア含有廃液」に対応している。
【0011】
図1は、本実施の形態におけるアンモニアの回収装置1の概略構成を示すブロック図である。
図1に示すように、本実施の形態におけるアンモニアの回収装置1は、廃液中継槽2、過酸化水素除去塔3、アンモニア中継槽4、アンモニア蒸留塔5、スクラバー6、アンモニアガス回収廃液槽7、コンデンサー8(凝縮器)、アンモニア貯留槽9を備えている。
【0012】
廃液中継槽2には、半導体製造工場のシリコンウェハ製造工程から排出されるRCA洗浄廃液が貯留される。貯留されたRCA洗浄廃液は、過酸化水素除去塔3に向けてポンプによって移送される。また、貯留されている間に気化したアンモニアガスは、ブロワ等に吸引されて、スクラバー6に送気される。
【0013】
過酸化水素除去塔3では、触媒により、過酸化水素が分解反応により酸素と水に分解される。過酸化水素分解用触媒としては、例えば活性炭が充填される。ここで使われる活性炭としては、たとえば吸着剤として脱臭装置等でも使用されることのある公知の活性炭が用いられる。過酸化水素分解性を考慮し、金属処理した活性炭を用いることも有効である。活性炭の充填量は、最終的に製品として回収されるアンモニア水溶液の過酸化水素濃度が基準値以下となるように、RCA洗浄廃液中の過酸化水素濃度等を監視しながら適当な量が設定される。
なお、これらの活性炭は、侵食や汚損等により触媒機能が失活してしまわないように、定期的な交換が行われるようになっている。
特に図1では、過酸化水素除去塔3は1つの塔として示したが、複数の塔を直列配置すると、分解性能は増し、複数の塔を並列に配置して切替え可能とすると、活性炭のメンテナンスが容易となる。
【0014】
アンモニア中継槽4には、過酸化水素除去塔3により過酸化水素濃度が極めて微小にまで低減されたRCA洗浄廃液が貯留される。このRCA洗浄廃液には、水よりも沸点の低いアンモニア成分が低濃度で含まれており、後段側に位置するアンモニア蒸留塔5によってアンモニア成分が濃縮されることにより、再利用可能な濃度にまで精製されたアンモニア水溶液が塔頂から回収されるようになっている。
【0015】
アンモニア蒸留塔5には、過酸化水素除去塔3により過酸化水素濃度が低減されたRCA洗浄廃液が、ほぼ中段部の位置からポンプ等によって一定量ずつ供給される。
本実施の形態では、アンモニア蒸留塔5として多段式の蒸留塔が用いられるが、その他公知の蒸留塔が用いられてもよい。例えば、多段式のトレイの替わりに、ラヒシリング等の充填物が充填された蒸留塔が用いられてもよい。アンモニア蒸留塔5の段数や充填高さ等は、RCA洗浄廃液の特性や、回収されるアンモニア水溶液の目標濃度等から、公知の計算手法を用いて決定される。また、アンモニア蒸留塔5の加熱源には、例えばスチーム等が用いられるが、特に制限されるものではない。
【0016】
アンモニア蒸留塔5の塔頂部からは、ベーパー化したアンモニア水溶液が取り出され、コンデンサー8(凝縮器)に供給されることでほぼ完全に液化される。コンデンサー8によって液化されたアンモニア水溶液は、アンモニア貯留槽9に貯留される。前記アンモニア貯留槽9は、常温では回収液がアンモニアガスとして蒸発するため、チラー等の冷熱を利用し、内部は低温保持されている(アンモニアガスの揮発がほとんどなく安定となる0℃程度)。
また、アンモニア蒸留塔5の塔底部からは、アンモニア成分及び過酸化水素成分が除去された残留廃液が取り出される。この残留廃液は、ほとんど無害化され、中和後、放流可能となる。
【0017】
本実施の形態におけるアンモニアの回収装置1には、RCA洗浄廃液中に溶存するアンモニア成分だけでなく、RCA洗浄工程から排出されるアンモニアガスと、RCA洗浄廃液から気化するアンモニアガスをも回収するために、スクラバー6が設けられている。
スクラバー6は、気液接触によりアンモニアガスを水に溶解させて回収する装置であり、本実施の形態では、複数のスプレーノズルから水を下方に向けて噴霧することにより、アンモニアガスと水とを向流接触させるスプレー式のスクラバーが用いられる。スクラバー6としては、その他の形式のスクラバーが用いられても良く、例えば、ベンチュリースクラバーやジェットスクラバー等が用いられてもよい。また、スクラバー以外の気液接触手段がアンモニアガス回収手段として用いられてもよく、例えば、充填塔、段塔、ぬれ壁塔などが用いられてもよい。
【0018】
アンモニアは揮発性の物質であるため、常温では、RCA洗浄廃液からは常時アンモニアガスが気化・発生している。例えば、半導体製造工場のRCA洗浄工程では、アンモニアを含む洗浄液(SC1等)が使われるためにアンモニアガスが常時発生している。また、本実施の形態におけるアンモニアの回収装置1を構成する各機器、例えば、廃液中継槽2、過酸化水素除去塔3などからもアンモニアガスが常時発生している。特に、過酸化水素が水と酸素に分解される際には反応熱が発生するので、大量のアンモニアガスが発生する場合もある。さらに、過酸化水素除去塔3からは、過酸化水素の分解により発生した酸素ガスをパージする必要があるので、この時にアンモニアガスまでもが外部に放出されてしまう恐れもある。
しかし、本実施の形態では、これらの発生したアンモニアガスが、ブロワ等によって吸引され、ステンレス製ダクト等を通じてスクラバー6に送り込まれるようになっている。スクラバー底部には、水、硫酸が必要量供給され、その貯留液を内部循環、スプレー化している。スクラバー6に送り込まれたアンモニアガスは、硫酸を含んだスプレー水に溶解・吸収され、塔底部からはアンモニアガス回収後の廃液(以下、アンモニアガス回収廃液と呼ぶ)が、アンモニア成分が硫酸アンモニウム(硫安)として安定化されて排出されるようになっている。アンモニアガス回収廃液は、アンモニアガス回収廃液槽7に一旦貯留され、次工程に排出される。
【0019】
硫安化したアンモニアガス回収廃液は、耐蝕ポンプ等によってアンモニア蒸留塔5に移送される。このアンモニア蒸留塔5への移送過程において、アンモニアガス回収廃液には水酸化ナトリウム(NaOH)水溶液が加えられてpH値11以上に調整される。このとき、水酸化ナトリウム水溶液を加えるために公知の注液装置が用いられ、水酸化ナトリウム水溶液を加えた後の攪拌には、移送配管の途中に設置されたラインミキサー10が用いられる。
【0020】
pH値11以上に調整されたアンモニアガス回収廃液は、アンモニア蒸留塔5の中段部付近に供給される。この時のアンモニアガス回収廃液はpH値11以上に調整されているので、弱塩基であるアンモニアが遊離し易くなっている。これにより、アンモニア蒸留塔5の塔頂部からは、高濃度のアンモニア水溶液が少ない加熱量で効率よく得られるようになっている。
【0021】
以上に説明した処理により、RCA洗浄廃液中のアンモニア成分は、アンモニア蒸留塔5の塔頂部から濃縮された状態で取り出される。塔頂部から取り出されたアンモニア水溶液は、コンデンサー8によって冷却され、ほぼ完全に液化された状態でアンモニア貯留槽9に貯留される。アンモニア貯留槽9の内部は、チラー等の冷熱を用い、約0℃で保持され、アンモニアガスの発生を抑えている。
なお、以上に説明した本実施の形態に係るアンモニアの回収装置1により、従来のように気化したアンモニアガスを回収しない場合に比べて、アンモニア含有廃液中のアンモニア成分の回収率は約65%程度から100%近くにまで向上する。
【0022】
アンモニア貯留槽9からは、高濃度のアンモニア水溶液(例えば、29wt%程度)が取り出されるのであるが、このアンモニア貯留槽9から取り出されるアンモニア水溶液の濃度は、アンモニア濃度センサーCIC1によって継続的に測定される。また、アンモニア貯留槽9から取り出されるアンモニア水溶液の過酸化水素濃度も、過酸化水素濃度センサーCIC2によって継続的に測定される。アンモニア濃度センサーCIC1の測定値は、設備全体の運転状況を監視する中央監視システム(例えば、分散制御システム(DCS)等)にリアルタイムに送信され、このアンモニア濃度センサーCIC1による測定値を所定の目標値に近づけるための制御が行われるようになっている。具体的には、中央監視システムにPIDコントローラーなどが組み込まれ、これによって、アンモニア貯留槽9から返流配管11を経由して、廃液中継槽2あるいはアンモニア中継槽4に返流されるアンモニア水溶液の時間あたりの量が決定される。また、同様に、過酸化水素濃度センサーCIC2の測定値も、設備全体の運転状況を監視する中央監視システムに送信され、この過酸化水素濃度センサーCIC2による測定値を所定の目標値に近づけるための制御が行われる。この場合、アンモニア貯留槽9からのアンモニア水溶液は、返流配管11を経由して、少なくとも過酸化水素除去塔3、もしくはそれよりも前段側の機器に返流されることになる。この場合のアンモニア水溶液の返流量も、中央監視システムに組み込まれたPIDコントローラー等によって決定される。
なお、アンモニア濃度センサーCIC1あるいは過酸化水素濃度センサーCIC2の測定値を目標値に近づけるための制御を行うためには、PIDコントローラーに限らず、例えば、その他のフィードバックコントローラーやON/OFF制御を行うためのコントローラーなどが用いられてもよい。
以上の制御が行われることにより、アンモニア貯留槽9からは、一定濃度に調整され、かつ、過酸化水素濃度が所定値以下に低減された、利用価値の高いアンモニア水溶液が得られることになる。
【0023】
[第2の実施の形態]
本発明の第2の実施の形態を図面にしたがって説明する。
本実施の形態では、シリコンウェハ表面の化学的機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)工程から排出される廃液(以下、CMP廃液と呼ぶ)の処理が行われる。このCMP廃液には、RCA洗浄廃液と同様に、アンモニアが1wt%弱程度含まれており、さらに、アルミナやシリカの砥粒が含まれてスラリーとなっている。このCMP廃液が、本発明における「アンモニア含有廃液」に対応している。
【0024】
図2は、本実施の形態におけるアンモニアの回収装置20の概略構成を示すブロック図である。
図2に示すように、本実施の形態におけるアンモニアの回収装置20は、廃液中継槽21、スラリー分離装置22、アンモニア中継槽23、アンモニア蒸留塔24、スクラバー25、アンモニアガス回収廃液槽26、コンデンサー27(凝縮器)、アンモニア貯留槽28を備えている。
【0025】
廃液中継槽21には、半導体製造工場のCMP工程から排出されるCMP廃液が一旦貯留される。貯留されたCMP廃液は、スラリー分離装置22に向けてポンプによって移送される。また、廃液中継槽21に貯留されている間に気化したアンモニアガスは、ブロワ等に吸引されて、スクラバー6に送気される。
【0026】
スラリー分離装置22では、CMP廃液からの固形物の分離が行われる。
具体的には、スラリー分離装置22はジャケット式の加熱器で構成され、CMP廃液の間接的な加熱が行なわれる。これにより、CMP廃液は蒸発分と残留分とに分離され、蒸発分は冷却器等で液化されてから、次のアンモニア中継槽23に向けてポンプによって移送される。残留分は、アルミナやシリカ等の固形物が含まれた懸濁液であるので、スラリー含有廃液として、他の廃液処理プロセスに排出される。ジャケット式加熱器の熱源としては、スチームが用いられるが特に限定するものではない。
なお、スラリー分離装置22は、ジャケット式の加熱器以外の分離手段で構成されてもよい。例えば、スラリー分離装置22が沈殿槽で構成され、この沈殿槽に所定時間以上貯留されたCMP廃液の上澄み液のみが取り出されることによって、アルミナやシリカ等を含むスラリー含有廃液が底部から分離・排出されるようにしてもよい。
【0027】
アンモニア中継槽23には、スラリー分離装置22によって固形物が分離されたCMP廃液が一旦貯留される。この貯留されたCMP廃液が、アンモニア蒸留塔24のほぼ中段部付近に供給され、塔頂部からは高濃度のアンモニア水溶液が得られるようになっている。これ以降の、アンモニア蒸留塔24、コンデンサー27、アンモニア貯留槽28を用いてCMP廃液のアンモニア成分を精製するプロセスでは、第1の実施の形態におけるRCA洗浄廃液のアンモニア成分を精製するプロセスとほぼ同様の処理が行われるので、詳細な説明は省略する。
【0028】
本実施の形態におけるアンモニアの回収装置20には、第1の実施の形態と同様に、CMP廃液中に溶存するアンモニア成分だけでなく、そのCMP廃液から気化するアンモニアガスをも回収するために、スクラバー25が設けられている。
アンモニアは揮発性の物質であるため、CMP廃液からは常時アンモニアガスが気化・発生している。例えば、半導体製造工場の化学的機械研磨(CMP)工程では、アンモニアを含む洗浄液が使われるためにアンモニアガスが常時発生している。また、本実施の形態におけるアンモニアの回収装置20を構成する各機器、例えば、廃液中継槽21、スラリー分離装置22、アンモニア貯留槽23などからもアンモニアガスが常時発生している。
しかし、本実施の形態では、これらの発生したアンモニアガスがブロワ等によって吸引され、ステンレス製ダクト等を通じてスクラバー25に送り込まれるようになっている。スクラバー底部には、水、硫酸が必要量供給され、その貯留液を内部循環、スプレー化している。スクラバー25に送り込まれたアンモニアガスは、硫酸を含んだスプレー水に溶解・吸収され、塔底部からはアンモニアガス回収後の廃液(以下、アンモニアガス回収廃液と呼ぶ)が、アンモニア成分が硫酸アンモニウム(硫安)として安定化されて排出されるようになっている。アンモニアガス回収廃液は、アンモニアガス回収廃液槽26に一旦貯留され、次工程に排出される。
硫安化したアンモニアガス回収廃液は、耐蝕ポンプ等によってアンモニア蒸留塔24に移送される。このアンモニア蒸留塔24への移送過程において、アンモニアガス回収廃液には水酸化ナトリウム(NaOH)水溶液が加えられてpH値11以上に調整される。このとき、水酸化ナトリウム水溶液を加えるために公知の注液装置が用いられ、水酸化ナトリウム水溶液を加えた後の攪拌には、移送配管の途中に設置されたラインミキサー29が用いられる。
pH値11以上に調整されたアンモニアガス回収廃液は、アンモニア蒸留塔24の中段部付近に供給される。この時のアンモニアガス回収廃液はpH値11以上に調整されているので、弱塩基であるアンモニアが遊離し易くなっている。これにより、アンモニア蒸留塔24の塔頂部からは、高濃度のアンモニア水溶液が少ない加熱量で効率よく得られるようになっている。
【0029】
以上に説明した処理により、CMP廃液中のアンモニア成分は、アンモニア蒸留塔24の塔頂部から濃縮された状態で取り出される。塔頂部から取り出されたアンモニア水溶液は、コンデンサー27によって冷却され、ほぼ完全に液化された状態でアンモニア貯留槽28に貯留される。前記アンモニア貯留槽28は、常温では、アンモニアガスとして蒸発するため、チラー等の冷熱を利用し、内部は低温保持されている。
【0030】
なお、本実施の形態においても、アンモニア貯留槽28から取り出されるアンモニア水溶液の濃度が、アンモニア濃度センサーCIC3によって継続的に測定される。このアンモニア濃度センサーCIC3による測定値を所定の目標値に近づけるために、返流配管30を経由して、高濃度のアンモニア水溶液が前段側の機器(廃液中継槽21、アンモニア貯留槽23、アンモニア蒸留塔24)に返流される。これにより、アンモニア貯留槽23からは、一定濃度に調整された利用価値の高いアンモニア水溶液が得られることになる。なお、このような制御の詳細については、第1の実施の形態とほぼ同様であるので説明を省略する。
【0031】
[第3の実施の形態]
本発明の第3の実施の形態を図面にしたがって説明する。
本実施の形態では、シリコンウェハ表面のシリコン酸化膜を、緩衝フッ酸溶液(Buffered HF:BHF溶液)を用いてエッチングしたり、洗浄したりする工程から排出される洗浄廃液(以下、BHF洗浄廃液と呼ぶ)の処理が行われる。このBHF洗浄廃液には、シリコン酸化膜をエッチングするために、フッ酸とフッ化アンモニウムが含まれている。このBHF洗浄廃液が、本発明における「アンモニア含有廃液」に対応している。
【0032】
図3は、本実施の形態におけるアンモニアの回収装置40の概略構成を示すフローシートである。
図3に示すように、本実施の形態におけるアンモニアの回収装置40は、廃液中継槽41、固液分離手段42、アンモニアガス分離装置43、スクラバー44、アンモニアガス回収廃液槽45、アンモニア蒸留塔46、コンデンサー47(凝縮器)、アンモニア貯留槽48を備えている。
【0033】
廃液中継槽41には、半導体製造工場のBHF洗浄工程から排出されるBHF洗浄廃液が一旦貯留される。貯留されたBHF洗浄廃液には、所定量の水酸化カルシウム(Ca(OH)2)が加えられる。これにより、槽内では以下の反応が生ずる。
2NH4F + Ca(OH)2 → CaF2 + 2NH4OH
2HF + Ca(OH)2 → CaF2 + 2H2O
つまり、BHF洗浄廃液中には、強塩基である水酸化カルシウムが加えられることによって、フッ酸はフッ化カルシウム(塩)となって析出するため、固液分離手段42で固液分離し、液体側を次工程に送ることになる。
廃液中継槽41に貯留されたBHF洗浄廃液は、水酸化カルシウムが加えられてから、固液分離手段42で固液分離され、液体のみアンモニアガス分離装置43に向けてポンプによって移送される。
【0034】
アンモニアガス分離装置43は、直列に並ぶ複数のアンモニアガス分離塔、すなわち、上流側に配置される第1のアンモニアガス分離塔43a、及び、下流側に配置される第2のアンモニアガス分離塔43bによって構成されている。
【0035】
固液分離手段42から移送されるBHF洗浄分離廃液は、まず、第1のアンモニアガス分離塔43aに供給される。すなわち、第1のアンモニアガス分離塔43aの上段側には、ラヒシリング、テラレット等の充填物が充填されており、BHF洗浄分離廃液は、この充填物の上方から、スプレーノズルによって噴霧されることで供給される。
また、充填物の下方からは、ブロワ49によって高圧エアーが吹き込まれている。充填物を伝って下方に流下するBHF洗浄分離廃液は、上方に向かう高圧エアーと向流接触しながら、塔底部にむけてゆっくりと流下するようになっている。これにより、BHF洗浄分離廃液からは揮発成分であるアンモニアが揮散し、発生したアンモニアガスはスクラバー44に向けてファンやブロワによって移送されるようになっている。複数ある分離装置の流下BHF洗浄分離廃液は、次の分離装置へ導入され、さらに残留アンモニア成分を分離する。
【0036】
第1のアンモニアガス分離塔43aの塔底部にまで流下したBHF洗浄分離廃液は、第2のアンモニアガス分離塔43bに向けてポンプによって移送される。
第2のアンモニアガス分離塔43bでは、第1のアンモニアガス分離塔43aとほぼ同様な処理が行われる。すなわち、第2のアンモニアガス分離塔43bの上段部には充填物が充填されており、第1のアンモニアガス分離塔43aの塔底部にまで流下したBHF洗浄分離廃液は、その充填物の上方からスプレーノズルによって噴霧される。これにより、BHF洗浄分離廃液からはアンモニアガスがさらに揮散し、塔底部にまで流下した処理廃液には、アンモニアがほとんど含まれなくなる。第2のアンモニアガス分離塔43bにおいて発生したアンモニアガスも、ブロワやファンなどによってスクラバー44に向けて移送される。
第2のアンモニアガス分離塔43bの塔底部からは、アンモニアが分離された最終のBHF処理廃液が取り出される。このBHF処理廃液はほとんど無害化され、中和後、放流可能となる。
【0037】
なお、アンモニアガス分離装置43は、直列に配置される2つのアンモニアガス分離塔によって構成される例を示したが、1段でのアンモニアの分離効率は約80%であり、分離装置を直列に増すことにより、総合的収率を上げることができる。2段で約96%、3段で約99%の収率が得られる。
【0038】
BHF洗浄廃液から分離されたアンモニアガスは、スクラバー44の内部に吹き込まれる。スクラバー底部には、水、硫酸が必要量供給され、その貯留液を内部循環、スプレー化している。上方から噴霧される硫酸を含んだスプレー水に溶解・吸収されることで、アンモニアガス回収廃液としてアンモニア成分が硫酸アンモニウム(硫安)として安定化され、塔底部から排出される。アンモニアガス回収廃液は、アンモニアガス回収廃液槽45に一旦貯留され、次工程に排出されるようになっている。
硫安化したアンモニアガス回収廃液は、耐蝕ポンプ等によってアンモニア蒸留塔46に移送される。このアンモニア蒸留塔46への移送過程において、アンモニアガス回収廃液には水酸化ナトリウム(NaOH)水溶液が加えられてpH値11以上に調整される。このとき、水酸化ナトリウム水溶液を加えるために公知の注液装置が用いられ、水酸化ナトリウム水溶液を加えた後の攪拌には、移送配管の途中に設置されたラインミキサー50が用いられる。
pH値11以上に調整されたアンモニアガス回収廃液は、アンモニア蒸留塔46の中段部付近に供給される。この時のアンモニアガス回収廃液はpH値11以上に調整されているので、弱塩基であるアンモニアが遊離し易くなっている。これにより、アンモニア蒸留塔46の塔頂部からは、高濃度のアンモニア水溶液が少ない加熱量で効率よく得られるようになっている。
【0039】
以上に説明した処理により、BHF洗浄廃液中のアンモニア成分は、アンモニア蒸留塔46の塔頂部から濃縮された状態で取り出される。塔頂部から取り出されたアンモニア水溶液は、コンデンサー47によって冷却され、ほぼ完全に液化された状態でアンモニア貯留槽48に貯留される。前記アンモニア貯留槽48は、常温では回収液がアンモニアガスとして蒸発するため、チラー等の冷熱を利用して内部は低温保持されている。
【0040】
なお、本実施の形態においても、アンモニア貯留槽48から取り出されるアンモニア水溶液の濃度が、アンモニア濃度センサーCIC4によって継続的に測定される。このアンモニア濃度センサーCIC4による測定値を所定の目標値に近づけるために、返流配管51を経由して、高濃度のアンモニア水溶液が前段側の機器(アンモニアガス回収廃液槽45、アンモニア蒸留塔46)に返流される。これにより、アンモニア貯留槽48からは、一定濃度に調整された利用価値の高いアンモニア水溶液が得られることになる。なお、このような制御の詳細については、第1の実施の形態とほぼ同様であるので説明を省略する。
【0041】
なお、第1〜第3の実施の形態における各アンモニア蒸留塔5,24,46の前段側の処理の流れを合流させて共通の蒸留塔に導入させると、アンモニアの回収量を増加でき、設備稼働率を上昇させることができる。
【0042】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、アンモニア含有廃液のアンモニア成分を精製し、さらに、製造工程及びアンモニア含有廃液から気化するアンモニアガスをも回収・精製することで、アンモニア成分を高収率で回収できるアンモニアの回収装置及び回収方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態におけるアンモニアの回収装置の概略構成を示すブロック図である。
【図2】第2の実施の形態におけるアンモニアの回収装置の概略構成を示すブロック図である。
【図3】第3の実施の形態におけるアンモニアの回収装置の概略構成を示すフローシートである。
【符号の説明】
1、20、40 … アンモニアの回収装置
2、21、41 … 廃液中継槽
3 … 過酸化水素除去塔
4、23 … アンモニア中継槽
5、24、46 … アンモニア蒸留塔
6、25、44 … スクラバー
7、26、45 … アンモニアガス回収廃液槽
8、27、47 … コンデンサー
9、28、48 … アンモニア貯留槽
10、29、50 … ラインミキサー
11、30、51 … 返流配管
22 … スラリー分離装置
42 … 固液分離手段
Claims (2)
- アンモニア含有廃液中に溶存するアンモニア成分を精製してアンモニア水溶液を得るアンモニア精製手段と、アンモニア取扱工程から及び/もしくはアンモニア含有廃液から気化するアンモニアガスを水に溶解させて回収するアンモニアガス回収手段と、を備えたアンモニアの回収装置であって、
前記アンモニアガス回収手段から排出されるアンモニアガス回収廃液を前記アンモニア精製手段に供給し、
前記アンモニア精製手段により得られるアンモニア水溶液は戻り側及び供給側のラインへ分岐して供給され、
前記戻り側のラインでは、前記アンモニア精製手段により得られるアンモニア水溶液が、前記アンモニア精製手段、もしくは、前記アンモニア精製手段よりも前段側に返流され、
前記供給側のラインでは、前記アンモニア精製手段により得られるアンモニア水溶液が装置外へ向けて供給され、
前記アンモニア精製手段により得られ前記供給側のラインへ供給されるアンモニア水溶液の濃度を測定するアンモニア濃度測定手段が設けられ、前記アンモニア精製手段により得られるアンモニア水溶液を、前記戻り側のラインによって返流し、前記アンモニア濃度測定手段による測定値を目標値に近づけるように制御することを特徴とするアンモニアの回収装置。 - 請求項1に記載のアンモニアの回収装置であって、
硫酸を加えたアンモニアガス回収手段から排出されるアンモニアガス回収廃液とし、さらに、そのアンモニアガス回収廃液をpH値11以上に調整した後にアンモニア精製手段に供給することを特徴とするアンモニアの回収装置。
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