JP7139537B1

JP7139537B1 - 排ガス処理システムおよび排ガス処理方法

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Publication number: JP7139537B1
Application number: JP2022012492A
Authority: JP
Inventors: 博之中谷; 徹小川
Original assignee: 直江津電子工業株式会社
Priority date: 2022-01-31
Filing date: 2022-01-31
Publication date: 2022-09-20
Anticipated expiration: 2042-01-31
Also published as: JP2023110945A

Abstract

【課題】注水量が必要以上に多くなってしまうことを防止することができ、かつ、排ガス中の要除去成分を適切に除去することができる、排ガス処理システムおよび排ガス処理方法を提供する。【解決手段】要除去成分を含有する排ガスを、要除去成分を吸収する吸収液と接触させて、排ガス中の要除去成分を吸収除去する反応塔１０と、吸収液を構成する薬剤を反応塔１０に注加する薬剤注加機構５０と、吸収液を構成する水を反応塔１０に注水する注水機構８０と、薬剤注加機構５０および注水機構８０を制御する制御部３０と、を有し、制御部３０は、注水機構８０による注水制御を、第１制御情報に基づいて行う、排ガス処理システム。【選択図】図１

Description

本発明は、排ガス処理システムおよび排ガス処理方法に関する。

従来、排ガス中に含まれる窒素酸化物（以下、ＮＯｘともいう）や硫黄酸化物などの環境汚染成分が大気中に放出されることを抑制するために、排ガス中の窒素酸化物や硫黄酸化物を除去する排ガス処理システムが知られている（たとえば、特許文献１参照）。
排ガスからＮＯｘを除去する方法の１つとして、アルカリ性水溶液をＮＯｘ吸収液として使用する湿式脱硝方法が用いられている。また、当該湿式脱硝方法では、水酸化ナトリウムやアンモニアなどのアルカリのみのアルカリ性水溶液をＮＯｘ吸収液として用いたアルカリ吸収法のほか、過マンガン酸塩や亜塩素酸塩などの酸化剤を混合したアルカリ性水溶液をＮＯｘ吸収液として用いた酸化吸収法、チオ硫酸塩や硫化物などの還元剤を混合したアルカリ性の水溶液をＮＯｘ吸収液として用いた還元吸収法などが知られている。

特開２０００－２０２２３６号公報

湿式の排ガス処理においては、排ガス中の要除去成分（窒素酸化物や硫黄酸化物など）をより効率的に除去するために、吸収液における薬剤の濃度を、除去処理の過程全般を通じて、適切な濃度に保つ必要がある。すなわち、吸収液における薬剤（アルカリなど）は、排ガス中の要除去成分と反応することで減少するため、排ガス中の要除去成分の量に応じて、吸収液における薬剤の濃度を適切な濃度に制御することが求められる。また、排ガス中の要除去成分と吸収液における薬剤とが反応することで反応生成物が生成されるが、反応生成物の量が多くなると、吸収液から反応生成物が析出し、たとえば充填材の目詰まりなどの性能劣化が生じ、頻繁なメンテナンスが必要となる。

そのため、従来では、想定される排ガス中の要除去成分の最大の除去量に基づいて、水の注水量を一定量に固定する手法が採用されていた。しかしながら、半導体ウエハの製造工程などでは、排ガスに含まれる要除去成分の量は、製造工程の内容により変動し一定ではないため、排ガス中の要除去成分の量が少ない場合には、想定される排ガス中の要除去成分の最大の除去量に基づいて排ガス処理を行ってしまうと、水の注水量が過剰となり、吸収液中の薬剤の濃度を適切化するために薬剤の消費量が多くなってしまうという問題があった。さらに、必要以上に注水量が多くなることで、排水処理が必要な排水量もその分増加してしまうという問題があった。

本発明は、注水量が必要以上に多くなってしまうことを防止することができ、かつ、排ガス中の要除去成分を適切に除去することができる排ガス処理システムおよび排ガス処理方法を提供することを課題とする。

本発明に係る排ガス処理システムは、要除去成分を含有する排ガスを、前記要除去成分を吸収する吸収液と接触させて、排ガス中の要除去成分を吸収除去する反応塔と、前記吸収液を構成する薬剤を前記反応塔に注加する薬剤注加機構と、前記吸収液を構成する水を前記反応塔に注水する注水機構と、前記薬剤注加機構および前記注水機構を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記注水機構による注水制御を、第１制御情報に基づいて行う排ガス処理システムであって、前記第１制御情報は、前記薬剤供給装置の所定時間における稼働時間または稼働率である。
上記排ガス処理システムにおいて、前記薬剤供給装置は、薬剤供給ポンプである構成とすることができる。
上記排ガス処理システムにおいて、前記制御部は、前記第１制御情報と注水量との対応関係を示すテーブルまたは関係式を予め記憶しており、前記制御部は、前記第１制御情報を所定のサイクル時間ごとに繰り返し取得しており、前記テーブルまたは関係式を用いて、今回のサイクル時間で得られた前記第１制御情報に基づいて、次回のサイクル時間における注水量を制御する構成とすることができる。
上記排ガス処理システムにおいて、前記制御部は、前記第１制御情報とは異なる第２制御情報に基づいて、前記薬剤供給装置による薬剤の注加制御を行うとともに、前記制御部は、リアルタイムで得られた前記第２制御情報に基づいて、前記薬剤供給装置による薬剤の注加制御をリアルタイムで繰り返し実行するとともに、所定のサイクル時間ごとに得られた前記第１制御情報に基づいて、前記注水機構による注水制御を前記サイクル時間ごとに繰り返し実行し、前記第２制御情報は、前記反応塔における前記吸収液のｐＨ、排ガス中の前記要除去成分の濃度もしくは量、または、前記吸収液のＯＲＰである構成とすることができる。
本発明に係る排ガス処理方法は、要除去成分を含有する排ガスを、前記要除去成分を吸収する吸収液と接触させて、排ガス中の要除去成分を吸収除去する排ガス処理方法であって、前記吸収液を構成する水を注水する注水機構による注水制御を、第１制御情報に基づいて行う、排ガス処理方法であって、前記第１制御情報は、前記吸収液を構成する薬剤を注加する薬剤供給装置の所定時間における稼働時間または稼働率である。

本発明によれば、排ガス中の要除去成分の量に応じて注水制御を行うことで、注水量が必要以上に多くなってしまうことを有効に防止することができ、かつ、排ガス中の要除去成分を適切に除去することができる。

本実施形態に係る排ガス処理システムの構成図である。半導体ウエハの製造工程における排ガス中のＮＯｘ濃度の推移の一例を示すグラフである。排ガス中のＮＯｘの濃度に基づいて注水量を制御した場合と、排ガス中のＮＯｘの最大濃度に基づいて注水量を一律に固定した場合との、水酸化ナトリウム水溶液の供給量、チオ硫酸ナトリウム水溶液の供給量、水の注水量、および排水量の関係を説明するための図である。注水制御テーブルの一例を示す図である本実施形態に係る排ガス処理を示すフローチャートである。

以下に、図を参照して、本発明に係る排ガス処理システムについて説明する。なお、以下においては、半導体ウエハの製造過程で発生した排ガス中のＮＯｘを除去する排ガス処理システムを例示して説明するが、要除去成分はＮＯｘに限定されず、アンモニア、塩化水素、フッ化水素、臭化水素、塩素ガス、硫化水素などを要除去成分として排ガス中から除去するシステムに適用することができる。また、本実施形態では、半導体ウエハの製造過程で発生した排ガスを処理する排ガス処理システムを例示して説明するが、この構成に限定されず、金属表面の処理、ボイラー、焼成炉などで発生した排ガスを処理する排ガス処理システムにも適用することができる。

図１は、本実施形態に係る排ガス処理システム１を示す構成図である。図１に示すように、本実施形態に係る排ガス処理システム１は、反応塔１０と、循環ポンプ２０と、制御装置３０と、アルカリ性水溶液貯留タンク４０と、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０と、還元剤水溶液貯留タンク６０と、還元剤水溶液供給ポンプ７０と、注水弁８０と、流量計９０と、注水タンク１００と、ｐＨ計測器１１０とを有する。

また、本実施形態において、反応塔１０は、導入管１１、排気管１２、ノズル１３、充填材層１４、排水管１５および吸収液槽１６を有している。本実施形態では、図示しない送風機により、半導体ウエハの製造工程で発生した排ガスが、導入管１１を通過して、反応塔１０内部へと導入される。また、反応塔１０へと導入された排ガスは、反応塔１０内の充填材層１４を通過する過程で処理され、上方の排気管１２から大気へと排出される。

本実施形態では、反応塔１０下部の吸収液槽１６に、排ガスが含有する要除去成分であるＮＯｘを吸収除去するための吸収液が貯留されている。吸収液槽１６に貯留された吸収液は、循環ポンプ２０により、反応塔１０の上部に設置されたノズル１３へと移送され、当該ノズル１３から吸収液が散布される。吸収液には、ＮＯｘを吸収除去するための薬剤（本実施形態では、水酸化ナトリウムおよびチオ硫酸ナトリウム）が含まれており、ノズル１３から散布された吸収液中の薬剤が、排ガス内のＮＯｘと反応することで、排ガスからＮＯｘが除去される。

特に、本実施形態では、反応塔１０の中央部に、多数の充填材が充填された充填材層１４が設けられている。充填材は、たとえば合成樹脂やセラミックなどで製造された円筒状、円柱状、鞍状などの形状のものが用いられ、導入管１１から導入された排ガスが、充填材層１４に充填された充填材の隙間を迂回しながら通り抜け、排気管１２まで流れるようになっている。これにより、排ガス中のＮＯｘとノズル１３から散布された吸収液とが接触する機会を多くすることができ、ＮＯｘの吸収除去効率を向上させることができる。

本実施形態において、吸収液は、脱硝作用のある薬剤を含有する水溶液であり、このような薬剤として、アルカリ、酸化剤、還元剤など公知の湿式脱硝法で使用される薬剤を用いることができる。本実施形態では、薬剤として、アルカリである水酸化ナトリウムと、還元剤であるチオ硫酸ナトリウムを用いる構成を例示する。本実施形態では、アルカリ性水溶液貯留タンク４０に水酸化ナトリウム水溶液が貯留されており、還元剤水溶液貯留タンク６０にチオ硫酸ナトリウム水溶液が貯留されている。また、アルカリ性水溶液貯留タンク４０に貯留された水酸化ナトリウム水溶液は、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０により、反応塔１０の吸収液槽１６へと供給され、還元剤水溶液貯留タンク６０に貯留されたチオ硫酸ナトリウム水溶液は、還元剤水溶液供給ポンプ７０により、反応塔１０の吸収液槽１６へと供給される。なお、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０および還元剤水溶液供給ポンプ７０の動作は、制御装置３０により制御される。そして、吸収液槽１６に供給された水酸化ナトリウム水溶液およびチオ硫酸ナトリウム水溶液は、後述する注水機構８０～１００から供給された水と混合され、吸収液として吸収液槽１６で貯留されることとなる。なお、アルカリ性水溶液貯留タンク４０、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０、還元剤水溶液貯留タンク６０および還元剤水溶液供給ポンプ７０を含む構成群を、薬剤注加機構とも称す。

なお、吸収液中のチオ硫酸ナトリウムの濃度および水酸化ナトリウムの濃度は、（１）排ガス中のＮＯｘの濃度、（２）吸収液のｐＨ、（３）吸収液のＯＲＰ（酸化－還元電位）のいずれか、または、それらの組み合わせによって制御することができる。本実施形態では、吸収液中のチオ硫酸ナトリウムの濃度および水酸化ナトリウムの濃度は、（２）吸収液のｐＨに基づいて、制御装置３０により制御される。

具体的に、本実施形態では、反応塔１０の吸収液槽１６内に吸収液のｐＨを測定するためのｐＨ計測器１１０が設置されており、ｐＨ計測器１１０の測定結果は、制御装置３０へと送信される。制御装置３０は、吸収液槽１６内の吸収液のｐＨが下限閾値の８未満となると、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０と、還元剤水溶液供給ポンプ７０とを稼働させて、吸収液中のｐＨが８以上となるように、アルカリ性水溶液貯留タンク４０から水酸化ナトリウム水溶液を、還元剤水溶液貯留タンク６０からチオ硫酸ナトリウム水溶液を、反応塔１０内の吸収液槽１６へと供給させる。また、本実施形態において、制御装置３０は、吸収液中のチオ硫酸ナトリウムの濃度が所定の濃度以上となるように、吸収液槽１６に供給するチオ硫酸ナトリウム水溶液の量を制御する。

さらに、制御装置３０は、吸収液槽１６内の吸収液のｐＨが上限閾値の１２以上となると、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０と、還元剤水溶液供給ポンプ７０との稼働を停止する。これにより、吸収液のｐＨは８以上、かつ、１２未満の範囲内で維持される。なお、吸収液のｐＨの範囲は、上記範囲に限定されず、排ガス中のＮＯｘを吸収除去することができる範囲において適宜設定することができる。

また、本実施形態において、反応塔１０に供給される水酸化ナトリウム水溶液は比較的少量であるため、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０は小型の定量ポンプを用いることができる。アルカリ性水溶液供給ポンプ５０を定量ポンプとすることで、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０の稼働時間に応じた量の水酸化ナトリウム水溶液を供給することができ、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０の稼働時間（あるいは稼働率）に基づいて、反応塔１０に供給した水酸化ナトリウム水溶液の量を推測することが可能となっている。

注水タンク１００には、不純物の含有量が少ない純水などの水が貯留されており、注水弁８０を開口させると、注水タンク１００から、注水弁８０を経由して、反応塔１０の吸収液槽１６内に水が注水される。また、流量計９０は、注水タンク１００から供給された注水量を測定し、制御装置３０に測定結果を送信する。本実施形態では、制御装置３０が、流量計９０の測定結果に基づいて、注水弁８０の開閉を制御することで、注水タンク１００から反応塔１０へと供給する注水量を制御することが可能となっている。なお、注水弁８０、流量計９０、および、注水タンク１００を含む構成群を、注水機構としても称す。

また、水酸化ナトリウム水溶液およびチオ硫酸ナトリウム水溶液を、水とともに吸収液槽１６に導入することで、吸収液槽１６内の吸収液は増加する。本実施形態では、排水管１５が吸収液槽１６の下部に設置されており、吸収液槽１６内の吸収液が所定の上限水位まで到達すると、制御装置３０により排水管１５が開口され、排水管１５から吸収液が排水される。また、反応塔１０内の吸収液が所定の下限水位まで到達すると、制御装置３０により排水管１５が閉口され、排水管１５からの排水が停止されることとなる。なお、排水された吸収液には、排ガス中のＮＯｘと反応して生成された反応生成物などが含まれているため、公知の排水処理が行われることとなる。

ここで、上述したように、吸収液槽１６内の吸収液は、循環ポンプ２０により、反応塔１０上部のノズル１３から散布される。散布された吸収液は、充填材層１４の充填材の隙間を通り、反応塔１０下部の吸収液槽１６へと流れるまでの間に、排ガス中のＮＯｘと接触し、亜硝酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、炭酸ナトリウムなどの反応生成物を生成する。これら反応生成物は、十分な量の水（反応生成物の量に対して十分な量の水）があれば、飽和することなく吸収液中に溶解するが、反応生成物の量に対して水の量が少ないと、飽和し析出してしまう。特に、充填材層１４の隙間において析出が生じてしまうと、充填材の隙間が目詰まりしてしまい、排ガス処理の処理効率を低下させてしまうこととなる。

このような目詰まりを防止するために、排ガスに含有されるＮＯｘの量にかかわらず、反応生成物の析出が生じない十分な量の水を一律に注水する手法が考えられる。具体的には、事前調査などにより、排ガス中のＮＯｘの最大の除去量を予め想定しておき、想定した除去量のＮＯｘを除去した際に生成する反応生成物を十分に溶解することができる水の量を予め決めておくことで、決められた量の水を一律に注水する手法が考えられる。しかしながら、半導体ウエハの製造工程（たとえばエッチング工程など）において発生する排ガス中のＮＯｘの量は一定ではなく、操業度や製造加工の内容により変動する。ここで、図２は、半導体ウエハの製造工程における排ガス中のＮＯｘ濃度の推移の一例を示すグラフである。なお、本実施形態では、送風機の風量を一定としているため、排ガス中のＮＯｘの量は排ガス中のＮＯｘの濃度に比例することとなる。図２に示すように、半導体ウエハの製造工程で発生する排ガス中のＮＯｘの濃度は時間とともに変動し、実測値の最大値は、想定される最大濃度の７０～８０％程度であったのに対して、半導体ウエハのエッチング工程で発生した排ガス中のＮＯｘの濃度の実測値の平均値は、想定される最大濃度の４０％程度となった。そのため、排ガス中に含有されるＮＯｘの最大の除去量に合わせて注水量を一律とする場合では、排ガス中に含有される実際のＮＯｘの量が低い場合に、注水量が過剰となり、これに伴い、吸収液中の薬剤の濃度を適切な濃度とするために消費する薬剤の消費量も多くなってしまうという問題があった。さらに、必要以上に注水量が多くなると、排水処理が必要な排水量もその分増加してしまうという問題もあった。

ここで、図３は、排ガス中に含有されるＮＯｘの濃度に基づいて注水量を制御した場合と、排ガス中に含有されるＮＯｘの最大濃度に基づいて注水量を一律に固定した場合との、水酸化ナトリウム水溶液の供給量、チオ硫酸ナトリウム水溶液の供給量、注水量、および排水量の関係を説明するための図である。なお、本来であれば、排ガス中のＮＯｘの量に基づいて注水量を制御することが好ましいが、本実施形態では、送風機が一定の送風量にて排ガスを送風しており、排ガス中のＮＯｘの量はＮＯｘの濃度に比例するため、図３に示す例においては、ＮＯｘの濃度を例示して説明している。

具体的には、図３（１）に、排ガス中のＮＯｘの最大濃度に基づいて注水量を一律に固定した場合の水酸化ナトリウム水溶液の供給量、チオ硫酸ナトリウム水溶液の供給量、注水量、および排水量を示し、図３（２）に、排ガス中のＮＯｘの濃度に基づいて注水量を制御した場合の水酸化ナトリウム水溶液の供給量、チオ硫酸ナトリウム水溶液の供給量、注水量、および排水量を示す。また、図３では、排ガス中のＮＯｘの最大濃度に基づいて注水量を一律に固定した場合に対する、排ガス中のＮＯｘの濃度に基づいて注水量を制御した場合の、水酸化ナトリウム水溶液の供給量の削減率、チオ硫酸ナトリウム水溶液の供給量の削減率、注水量の削減率、および排水量の削減率も示す。なお、図３に示す例は一例であり、図３に示す値に限定されるものではない。

図３に示すように、（２）排ガス中のＮＯｘの濃度に基づいて注水量を制御した場合では、排ガス中のＮＯｘの濃度に応じた量の反応生成物が生成されるため、反応生成物を溶解させるための注水量も排ガス中のＮＯｘの濃度に応じた量とすることができる。その結果、（２）排ガス中のＮＯｘの濃度に基づいて注水量を制御した場合では、（１）排ガス中のＮＯｘの最大濃度に基づいて注水量を一律に固定した場合と比べて、排ガス中のＮＯｘ濃度が低いほど、注水量を少なくすることができ、それに伴い、チオ硫酸ナトリウム水溶液の供給量も低く抑えることができる。また、わずかながらも、水酸化ナトリウム水溶液の供給量も削減することができる。さらに、（２）排ガス中のＮＯｘの濃度に基づいて注水量を制御した場合では、排ガス中のＮＯｘ濃度が低いほど、チオ硫酸ナトリウム水溶液の供給量の削減率、水酸化ナトリウム水溶液の供給量の削減率、注水量の削減率、排水量の削減率が高くなった。これに対して、（１）排ガス中のＮＯｘの最大濃度に基づいて注水量を一律に固定した場合では、排ガス中のＮＯｘの最大濃度（図３に示す例では１０００ｐｐｍ）に基づいて注水量を一律に設定しているため、排ガス中のＮＯｘの実際の濃度が低い場合ほど、注水量は過剰となり、特に、チオ硫酸ナトリウム水溶液の供給量は増大してしまう。さらに、必要以上に注水量が多い場合は、排水量もその分多くなるため、排水処理に係るコストもその分増大してしまう。

このように、排ガス中のＮＯｘの量に基づいて注水量を制御することで、チオ硫酸ナトリウム水溶液の供給量、注水量、排水量を削減することができるため、本実施形態に係る排ガス処理システム１を、排ガス中のＮＯｘの量に応じて注水量を制御する構成とすることができる。たとえば、排ガス中のＮＯｘの濃度を測定するＮＯｘ濃度測定装置を備え、設定した送風機の送風量と、ＮＯｘ濃度測定装置で測定した排ガス中のＮＯｘの濃度とに基づいて、排ガス中のＮＯｘの量を算出し、算出したＮＯｘの量に基づいて、注水量を制御する構成とすることができる。また、本実施形態では、送風機が一定の送風量にて排ガスを送風する場合には、排ガス中のＮＯｘの量はＮＯｘの濃度に比例するため、ＮＯｘ濃度測定装置で測定した排ガス中のＮＯｘの濃度に応じて注水量を制御することで、排ガス中のＮＯｘの量に応じた制御と同様に、注水量を制御する構成とすることもできる。

また、導入コストやランニングコストの削減を図るため、ＮＯｘ濃度測定装置を用いることなく、排ガス中のＮＯｘの量に基づく制御と同様に注水量を制御する構成とすることもできる。たとえば、排ガス中のＮＯｘの量を算出する方法の１つとして、吸収液のｐＨの変化量の積算値を求める方法が考えられる。これは、排ガス中のＮＯｘの量が多いほど、吸収液中の薬剤がＮＯｘと反応し反応生成物を生成することで吸収液のｐＨが低下するため、排ガス中のＮＯｘの量と吸収液のｐＨの変化量とに相関関係があることを利用したものである。そのため、一定時間における、ｐＨの変化量の積算値を、ＮＯｘの吸収によるｐＨの変化量として求め、このｐＨの変化量に基づいて注水量を制御することで、排ガス中のＮＯｘの量に基づく制御と同様に注水量を制御する構成とすることができる。しかしながら、ｐＨの変化量の積算値に基づく注水量の制御の場合、薬剤の供給によるｐＨの変動分を考慮する必要があるなど、システムが複雑となりコストも比較的高くなってしまう場合があるため、本実施形態では、上記構成に代えて、以下のような構成を採用するものとする。

すなわち、排ガス中のＮＯｘの量が多いほど、吸収液中の水酸化ナトリウムやチオ硫酸ナトリウムは排ガス中のＮＯｘと反応して消費され、吸収液のｐＨは低下する。また、本実施形態では、吸収液中の水酸化ナトリウムや硫酸ナトリウムが消費され、吸収液のｐＨが８未満に低下すると、水酸化ナトリウム水溶液が反応塔１０へと供給される。このように、本実施形態では、排ガス中のＮＯｘの量と、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０により供給される水酸化ナトリウム水溶液の量との間には相関関係があるため、反応塔１０へと供給された水酸化ナトリウム水溶液の量に基づいて注水量を制御することで、排ガス中のＮＯｘの量に基づいて注水量を制御する場合と同様に、注水量を制御することが可能である。

そこで、本実施形態において、制御装置３０は、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０により供給される水酸化ナトリウム水溶液の量に基づいて、注水量を制御する。特に、本実施形態では、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０は定量ポンプであるため、制御装置３０は、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０の稼働時間または稼働率に基づいて、水酸化ナトリウム水溶液の注加量を算出することができる。そのため、制御装置３０は、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０の稼働時間または稼働率に基づいて注水量を制御することで、排ガス中のＮＯｘの量に応じた注水量の制御と同様に、注水量を制御することができる。以下に、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０の稼働時間または稼働率に基づく注水量の制御の詳細について説明する。

本実施形態において、制御装置３０は、所定のサイクル時間におけるアルカリ性水溶液供給ポンプ５０の稼働時間を、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０の稼働率として算出する。そして、制御装置３０は、予め記憶している注水制御テーブルを参照し、今回のサイクル時間におけるアルカリ性水溶液供給ポンプ５０の稼働率に基づいて、次回のサイクル時間の目標注水量を設定する。すなわち、本実施形態において、制御装置３０は、薬剤の注加量にリアルタイムに連動して注水量を制御するのではなく、薬剤の注加量の情報を得てから、得た薬剤の注加量の情報に基づいて、目標注水量を設定し、注水量が設定した目標注水量となるように、注水量を制御する構成となっている。このような複雑な制御を必要としない比較的単純な構成とすることで、投資コストを抑えながらも、注水量を適切に制御することが可能となる。なお、上記サイクル時間は、特に限定されないが、たとえば、１～１２０分、好ましくは５～６０分、より好ましくは１０～２０分とすることができる。サイクル時間が短すぎると（たとえば１分よりも短いと）、必要以上に変更回数が多くなり装置負荷が高くなる一方、サイクル時間が長すぎると（たとえば１２０分よりも長いと）、半導体ウエハの製造工程におけるＮＯｘの量の変動に適切に追従することができないためである。

ここで、図４は、注水制御テーブルの一例を示す図である。図４に示すように、注水制御テーブルでは、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０の稼働率と、目標注水量との対応関係が定められている。具体的には、本実施形態では、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０の稼働率を１０の区分に分け、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０の稼働率の区分ごとに、稼働率に応じた目標注水量が設定されている。具体的には、各区分に示すアルカリ性水溶液供給ポンプ５０の稼働率で供給される、水酸化ナトリウム水溶液中の水酸化ナトリウムが排ガス中のＮＯｘと反応した場合に生成される反応生成物を溶解できる注水量を予め計算しておくことで、算出された注水量が目標注水量として区分ごとに設定されている。図４に示す例において、制御装置３０は、注水制御テーブルを参照することで、たとえば、今回のサイクル時間におけるアルカリ性水溶液供給ポンプ５０の稼働率が４０％以上から５０％未満である場合、次回のサイクル時間における目標注水量をＸ６として設定することができる。

次に、本実施形態に係る排ガス処理について説明する。図５は、本実施形態に係る排ガス処理を示すフローチャートである。本実施形態では、制御装置３０により、以下に説明する排ガス処理が行われる。

ステップＳ１０１では、まず、制御装置３０により、目標注水量の初期設定が行われる。目標注水量とは、後述するステップＳ１１２で参照される閾値であり、注水タンク１００から実際に供給された注水量が、当該目標注水量となるように、注水制御が行われる。なお、本実施形態に係る排ガス処理は、排ガス中のＮＯｘの量に応じて注水制御を行うものであるが、ステップＳ１０１では、排ガス中のＮＯｘの量の算出がまだ行われていないため、予め決められた目標注水量がデフォルトで設定されることとなる。

ステップＳ１０２では、制御装置３０により、サイクル時間およびアルカリ性水溶液供給ポンプ５０の稼働時間のカウントがリセットされる。また、制御装置３０により、サイクル時間のカウントが新たに開始される。そして、ステップＳ１０３では、制御装置３０により、注水弁８０が開けられ、注水の開始が行われる。なお、ステップＳ１０３で開始された注水処理は、制御装置３０の制御により、前回のサイクル時間において設定された目標注水量（前回のサイクル時間においてステップＳ１１５で設定された目標注水量。ただし、ステップＳ１１５で目標注水量が設定されていない場合には、ステップＳ１０１で設定された目標注水量）となるように、ステップＳ１１３まで行われる。

ステップＳ１０４では、制御装置３０により、吸収液槽１６内の吸収液のｐＨが下限閾値未満であるか否かの判定が行われる。具体的には、制御装置３０は、ｐＨ計測器１１０から吸収液槽１６内の吸収液のｐＨの測定結果を随時取得しており、ｐＨが８未満となると、ｐＨが下限閾値未満であると判定し、ステップＳ１０５に進む。一方、ｐＨが下限閾値以上である場合は、ステップＳ１０８に進む。また、ステップＳ１０５では、制御装置３０により、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０が停止中であるか否かの判断が行われ、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０が停止中である場合にはステップＳ１０６に進み、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０が動作中である場合にはステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０６では、吸収液槽１６内の吸収液のｐＨが下限閾値未満であり、かつ、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０が停止しているため、制御装置３０により、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０および還元剤水溶液供給ポンプ７０の稼働が開始され、水酸化ナトリウム水溶液およびチオ硫酸ナトリウム水溶液が、反応塔１０の吸収液槽１６へ供給される。また、ステップＳ１０７では、制御装置３０により、今回のサイクル時間におけるアルカリ性水溶液供給ポンプ５０の稼働時間のカウントが開始される。なお、水酸化ナトリウム水溶液およびチオ硫酸ナトリウム水溶液の吸収液槽１６への供給と、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０の稼働時間のカウントは、後述するステップＳ１１０およびＳ１１１の処理が行われるまで継続して行われる。

ステップＳ１０８では、制御装置３０により、吸収液槽１６内の吸収液のｐＨが上限閾値以上であるか否かの判定が行われる。本実施形態において、制御装置３０は、本実施形態ではｐＨが１２以上となると、ｐＨが上限閾値以上であると判定し、ステップＳ１０９に進む。一方、ｐＨが上限閾値未満である場合は、ステップＳ１１２に進む。また、ステップＳ１０９では、制御装置３０により、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０が動作中であるか否かの判断が行われ、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０が動作中である場合はステップＳ１１０に進み、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０が停止中である場合にはステップＳ１１２に進む。

ステップＳ１１０では、吸収液槽１６内の吸収液のｐＨが上限閾値以上であり、かつ、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０が動作しているため、制御装置３０により、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０および還元剤水溶液供給ポンプ７０の稼働が停止される。また、ステップＳ１１１では、制御装置３０により、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０の稼働時間のカウントが停止される。なお、本実施形態では、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０と還元剤水溶液供給ポンプ７０とは同期して動作するため、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０が稼働している場合には、還元剤水溶液供給ポンプ７０も稼働している。

ステップＳ１１２では、制御装置３０により、注水量が前回サイクル時間において設定された設定量以上となったか否かの判定が行われる。制御装置３０は、流量計９０から注水量の測定結果を随時取得しており、注水量が前回サイクル時間において設定された設定量以上となった場合には、ステップＳ１１３に進み、制御装置３０により、注水弁８０が閉じられ、注水が停止される。注水が停止された後は、ステップＳ１１４に進む。また、ステップＳ１１２で、注水量が前回サイクル時間において設定された設定量未満であると判断された場合も、ステップＳ１１４に進む。

ステップＳ１１４では、制御装置３０により、今回のサイクル時間が経過したか否かの判定が行われる。制御装置３０は、今回のサイクル時間が経過するまでは、ステップＳ１０４からＳ１１４の処理を繰り返す。そして、今回のサイクル時間が経過すると、ステップＳ１１５に進む。

ステップＳ１１５では、制御装置３０により、次回のサイクル時間における注水量の設定が行われる。具体的には、制御装置３０は、ステップＳ１０７からステップＳ１１１の間でカウントした、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０の稼働時間から、今回のサイクル時間におけるアルカリ性水溶液供給ポンプ５０の稼働率を算出する。そして、制御装置３０は、図４に示す注水制御テーブルを参照し、算出した今回のサイクル時間におけるアルカリ性水溶液供給ポンプ５０の稼働率に基づいて、次回のサイクル時間における注水量を設定する。

ステップＳ１１６では、制御装置３０により、本実施形態に係る排ガス処理が終了したか否かの判断が行われる。たとえば、作業者から、排ガス処理を終了するための指示が入力された場合には、制御装置３０は、この排ガス処理を終了する。一方、排ガス処理が継続される場合は、ステップＳ１０２に戻り、上記ステップＳ１０２からＳ１１６の処理を繰り返す。

以上のように、本実施形態に係る排ガス処理システム１は、要除去成分であるＮＯｘを含有する排ガスを吸収液と接触させて排ガス中のＮＯｘを吸収除去する反応塔１０と、吸収液を構成する水酸化ナトリウム水溶液およびチオ硫酸ナトリウム水溶液を、反応塔１０に注加するアルカリ性水溶液供給ポンプ５０および還元剤水溶液供給ポンプ７０と、吸収液を構成する水の反応塔１０への注水を制御する注水弁８０と、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０および還元剤水溶液供給ポンプ７０や注水弁８０の動作を制御する制御装置３０と、を有する。そして、制御装置３０は、注水弁８０の動作を、第１制御情報である、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０の稼働時間（あるいは稼働率）に基づいて制御する。本実施形態では、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０の稼働時間（あるいは稼働率）は、排ガス中のＮＯｘの量と相関関係にあるため、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０の稼働時間（あるいは稼働率）に基づいて注水量を制御することで、排ガス中のＮＯｘの量に基づいて注水量を制御する場合と同様に、注水量を適切に制御することができ、排ガス中のＮＯｘと吸収液中の薬剤との反応生成物の析出を有効に防止することが可能となる。

たとえば、図３に示す例では、（Ａ）に示す排ガス中のＮＯｘの量（本実施形態ではアルカリ性水溶液供給ポンプ５０の稼働時間あるいは稼働率）に基づいて注水量を制御した場合では、（Ｂ）に示す排ガス中のＮＯｘの最大濃度に基づいて注水量を一律に固定した場合と比べて、排ガス中のＮＯｘの濃度が１００ｐｐｍである場合に、注水量を８９％削減することができ、チオ硫酸ナトリウム水溶液の消費量を１０％削減することができ、排水量を８３％削減することができた。また、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０の稼働時間あるいは稼働率に基づいて注水量を制御した場合でも、本発明者は、反応生成物の析出が生じないこと、および、ＮＯｘの除去量に変化（劣化）がないことを確認した。
さらに、本実施形態では、排ガス中のＮＯｘの量を、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０の稼働時間（あるいは稼働率）に基づいて算出することで、高価な設備投資を行うことなく、注水量を適切に制御することもできる。

以上、本発明の好ましい実施形態例について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態の記載に限定されるものではない。上記実施形態例には様々な変更・改良を加えることが可能であり、そのような変更または改良を加えた形態のものも本発明の技術的範囲に含まれる。

たとえば、上述した実施形態では、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０の稼働率と、注水量との対応関係が予め定められている注水制御テーブルを参照することで、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０の稼働率に基づいて注水量を制御する構成を例示したが、この構成に限定されず、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０の稼働率と注水量との対応関係を示す関係式を用いて、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０の稼働率から、制御する注水量を算出する構成とすることができる。

また、上述した実施形態では、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０に定量ポンプを用いる構成を例示したが、この構成に限定されず、定量ポンプ以外のポンプを用いる構成とすることができる。この場合、たとえば、アルカリ性水溶液貯留タンク４０から反応塔１０へと流出させた水酸化ナトリウム水溶液の量を、流量計を用いて計測し、流量計により計測した水酸化ナトリウム水溶液の流量を積算することで、反応塔１０に供給した水酸化ナトリウム水溶液の量を把握する構成とすることができる。

また、上述した実施形態では、排水管１５の開閉を制御することで、吸収液槽１６内の吸収液が所定の水位範囲となるように制御する構成を例示したが、この構成に限定されず、オーバーフローさせる水位を決め、その水位に排水口を設けることで、吸収液の水位がオーバーフローの水位まで上がると排水口から吸収液が排出される構成とすることもできる。

さらに、上述した実施形態では、図４に示すように、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０の稼働時間または稼働率に応じて、注水量が設定される構成を例示したが、アルカリ性水溶液供給ポンプ５０の稼働時間または稼働率に加えて、排ガスの処理風量、ＣＯ_２濃度、ＮＯ_２／ＮＯｘ比、および／または、ポンプの設定ごとに、反応塔１０への注水量をさらに細かく設定したテーブルを記憶しておき、当該テーブルを参照し、排ガスの処理風量、ＣＯ_２濃度、ＮＯ_２／ＮＯｘ比、および／または、ポンプの設定を加味して、注水量を設定する構成とすることができる。特に、排ガス中のＮＯｘの量は、処理風量とＮＯｘの濃度とを乗じたものと考えることができるため、処理風量とＮＯｘの濃度とに基づいて注水量を設定することで、処理風量が自在に変更できる場合でも、排ガス中のＮＯｘの量に基づいて注水量を制御することが可能となる。

加えて、上述した実施形態では、還元剤として、チオ硫酸ナトリウムを用いる構成を例示したが、この構成に限定されず、亜硫酸ナトリウム、重亜硫酸ナトリウム、メタ重亜硫酸ナトリウム、亜ジオチン酸ナトリウム、硫化ナトリウム、硫化水素ナトリウムなどを用いる構成とすることもできる。また、チオ硫酸ナトリウム水溶液を用いないで、アルカリ性水溶液のみを用いる構成とすることもでき、あるいは、アルカリ性水溶液に、過マンガン酸塩や亜塩素酸などの酸化剤を併用する構成とすることもできる。また、アルカリ性溶液として、水酸化ナトリウム水溶液を用いる構成に限定されず、アンモニア水溶液などを用いる構成としてもよい。

１…排ガス処理システム
１０…反応塔
１１…導入管
１２…排気管
１３…ノズル
１４…充填材層
１５…排水管
１６…吸収液槽
２０…循環ポンプ
３０…制御装置
４０…アルカリ性水溶液貯留タンク
５０…アルカリ性水溶液供給ポンプ
６０…還元剤水溶液貯留タンク
７０…還元剤水溶液供給ポンプ
８０…注水弁
９０…流量計
１００…注水タンク
１１０…ｐＨ計測器

Claims

要除去成分を含有する排ガスを、前記要除去成分を吸収する吸収液と接触させて、排ガス中の要除去成分を吸収除去する反応塔と、
前記吸収液を構成する薬剤を前記反応塔に注加する薬剤供給装置を有する薬剤注加機構と、
前記吸収液を構成する水を前記反応塔に注水する注水機構と、
前記薬剤注加機構および前記注水機構を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記注水機構による注水制御を、第１制御情報に基づいて行う、排ガス処理システムであって、
前記第１制御情報は、前記薬剤供給装置の所定時間における稼働時間または稼働率である、排ガス処理システム。
前記薬剤供給装置は、薬剤供給ポンプである、請求項１に記載の排ガス処理システム。
前記制御部は、前記第１制御情報と注水量との対応関係を示すテーブルまたは関係式を予め記憶しており、
前記制御部は、前記第１制御情報を所定のサイクル時間ごとに繰り返し取得しており、前記テーブルまたは関係式を用いて、今回のサイクル時間で得られた前記第１制御情報に基づいて、次回のサイクル時間における注水量を制御する、請求項１または２に記載の排ガス処理システム。
前記制御部は、前記第１制御情報とは異なる第２制御情報に基づいて、前記薬剤供給装置による薬剤の注加制御を行うとともに、
前記制御部は、リアルタイムで得られた前記第２制御情報に基づいて、前記薬剤供給装置による薬剤の注加制御をリアルタイムで繰り返し実行するとともに、所定のサイクル時間ごとに得られた前記第１制御情報に基づいて、前記注水機構による注水制御を所定のサイクル時間ごとに繰り返し実行し、
前記第２制御情報は、前記反応塔における前記吸収液のｐＨ、排ガス中の前記要除去成分の濃度もしくは量、または、前記吸収液のＯＲＰである、請求項３に記載の排ガス処理システム。
要除去成分を含有する排ガスを、前記要除去成分を吸収する吸収液と接触させて、排ガス中の要除去成分を吸収除去する排ガス処理方法であって、
前記吸収液を構成する水を注水する注水機構による注水制御を、第１制御情報に基づいて行う、排ガス処理方法であって、
前記第１制御情報は、前記吸収液を構成する薬剤を注加する薬剤供給装置の所定時間における稼働時間または稼働率である、排ガス処理方法。