JPH08323147A - Decomposition of noxious gas by corona formation reactor - Google Patents

Decomposition of noxious gas by corona formation reactor

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JPH08323147A
JPH08323147A JP8141086A JP14108696A JPH08323147A JP H08323147 A JPH08323147 A JP H08323147A JP 8141086 A JP8141086 A JP 8141086A JP 14108696 A JP14108696 A JP 14108696A JP H08323147 A JPH08323147 A JP H08323147A
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process stream
phase process
gas
reactor
corona
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JP8141086A
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Japanese (ja)
Inventor
Scott E Beck
スコット.エドワード.ベック
Russell P Brown
ラッセル.ピー.ブラウン
Mark A George
マーク.アレン.ジョージ
Glen Grosas Michael
マイケル.グレン.グローサス
Reginald Kenneth Hutcherson
レジナルド.ケニス.ハッチャーソン
A Koozuwaku Richard
リチャード.エー.コーズワク
Vincent Pears Richard
リチャード.ビンセント.ペアス
Gordon Ridgeway Robert
ロバート.ゴードン.リッヂウェイ
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Air Products and Chemicals Inc
Original Assignee
Air Products and Chemicals Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To increase decomposition rate by solving a lack in corona attenuation by enhancing pulse corona discharge characteristics and decomposing contaminated material by co-existing with a carrier gas having higher ionization potential than an ionization potential which the contaminated gas has while exposing the contaminated material to be corona discharge. SOLUTION: Oxygen component of a gas-phase process stream is maintained to 21 volume % or less by supplying the gas-phase process stream containing the contaminated material and a carrier gas having higher ionization potential than that of the preferred seed of the contaminated material. After the contaminated material in the gas-phase process stream is decomposed by exposing the gas-phase process stream to corona discharge and the decomposed by-product is generated from the contaminated material, the decomposed by-product is disposed. Here, it is preferable to mix hydrogen or ammonium within a range of 1-20,000 ppmv of the contaminated material in the gas-phase process stream. The carrier gas used is nitrogen, He, Ne, Ar or mixture of them, and the contaminated material is halogen compounds.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は過弗化化合物(PF
C)、クロロフルオロカーボン(CFC)あるいは揮発
性有機化合物(VOC)を伴う工業プロセスの廃棄物に
見出し得るような有害気体の弱化の分野に関するもので
ある。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a perfluorinated compound (PF).
C), chlorofluorocarbons (CFCs) or volatile organic compounds (VOCs) in the field of weakening harmful gases as may be found in industrial process waste.

【0002】本発明は気相汚染物質、例えば製造工程か
らの廃棄物流れに含まれるNF、SF、CF、C
Cl、C、CHClおよびCHCC
の弱化・分解に特に適している。
The present invention relates to gas phase pollutants such as NF 3 , SF 6 , CF 4 , C contained in waste streams from manufacturing processes.
Cl 2 F 2 , C 7 H 8 , CH 2 Cl 2 and CH 3 CC
Particularly suitable for weakening / decomposing l 3 .

【0003】[0003]

【従来の技術】大量のPFC、CFCやVOCを典型的
例として使用もしくは生産する工業加工用途(半導体産
業の工業加工用を含む)は、米国の環境保護局、州なら
びに地方規制のため、それらの排出気体流れからこれら
の化合物を今、除去する必要がある。半導体産業で典型
的に用いられているハロゲン化化合物はNF、C
、C、CCl、CCl、C
10、BCl、CClF、CCl
CHF、CCl、CCl、CCl
、WF、SF、HBrとHlを含む。これら
の多くのものはオゾン層破壊物質であり、また地球温暖
化に関係がある。一般にはこれらの気体の僅かな部分が
典型的半導体二次加工工程で消費されているに過ぎな
い。従って、特定の工程からの廃棄物流れが大量の有毒
かつ環境上有害な種類を含んでいるはずである。米国の
連邦、州ならびに地方政府機関は前記化合物の廃棄物規
制に関する政策を確立した。現在の廃棄物規制の方法論
は好ましくない副生成物を生成させかつ原価効率的では
ない。
BACKGROUND OF THE INVENTION Industrial processing applications (including those in the semiconductor industry) that typically use or produce large quantities of PFCs, CFCs and VOCs are subject to the US Environmental Protection Agency, state and local regulations, and It is now necessary to remove these compounds from the exhaust gas stream of. Halogenated compounds typically used in the semiconductor industry are NF 3 , C
F 4 , C 2 F 6 , CCl 2 F 2 , CCl 4 , C 3 F 8 ,
C 4 F 10 , BCl 3 , CClF 3 , C 2 Cl 2 F 2 ,
CHF 3 , C 2 Cl 3 F 3 , C 2 Cl 2 F 4 , C 2 Cl
3 F 3 , WF 6 , SF 6 , HBr and Hl. Many of these are ozone depleting substances and are associated with global warming. Generally, only a small portion of these gases are consumed in typical semiconductor fabrication processes. Therefore, the waste stream from a particular process should contain a large amount of toxic and environmentally harmful species. Federal, state and local government agencies in the United States have established policies on waste control of such compounds. Current waste regulation methodologies produce undesirable by-products and are not cost effective.

【0004】今まで、様々な技術がこれらの気体の若干
のものに対する分解と弱化に試みられてきた。市場で入
手できる廃棄物清浄剤は典型的例として4つの廃棄物制
御技術の組合せを利用している。これらの技術は、19
93年4月刊、“セミコンダクターインターナショナル
(SEMICONDUCTOR INTERNATIO
NAL)”第44乃至47頁のピエテル−ブルググラー
フ(PieterBurggraaf)の論文“プロセ
ス、エグゾースト、トリートメント(Process
Exhaust Treatment)”に記載された
湿式、熱式、プラズマ式もしくは乾式技術を含む。その
うえ、1993年刊NATO ASI第G集“エコロジ
カルサイエンス”第34巻第A部第65乃至89頁“ノ
ンサーマル、プラズマ、テクニークス、フォア、ポルー
ション、コントロール(Non−thermal Pl
asma Techniques for Pollu
tion Control)”中の論文“プラズマ、ケ
ミストリー、アンド、パワー、コンサンプション、イ
ン、ノンサーマル、DeNOx(Plasma Che
mistry and Power Consumpt
ion in Non−thermal DeNOx)
でB.M.ペネトランテ(Penetrante)によ
り報告されたNOxとSOxの分解の電子ビーム技術が
可能であるかどうかの研究が現在行われている。
To date, various techniques have attempted to decompose and weaken some of these gases. The waste detergents available on the market typically utilize a combination of four waste control techniques. 19 of these technologies
Published in April 1993, “Semiconductor International (Semiconductor International)
NAL) "Pieter-Burggraaf, pp. 44-47," Process, Exhaust, Treatment.
Exhaust Treatment) ", including wet, thermal, plasma, or dry techniques. In addition, 1993 NATO ASI Vol. 34," Ecological Science, "Vol. 34, Part A, pp. 65-89," Non-thermal, " Plasma, Technics, Fore, Pollution, Control (Non-thermal Pl
asma Technologies for Pollu
"Control, Plasma, Chemistry, And, Power, Consumption, In, Nonthermal, DeNOx (Plasma Che).
MISRY AND POWER CONSUMPT
ion in Non-thermal DeNOx)
B. M. Studies are currently underway to see if the electron beam technique of NOx and SOx decomposition reported by Penetrante is feasible.

【0005】湿式のスクラバーでは、排気ガスを水もし
くは他の薬品を吸収噴霧に通す。前記排気薬品は分解さ
れることなく、多くの場合、吸収されない。この技術は
排気種の水もしくはある種の他の薬品との溶融性に依存
する。そのうえ、一旦溶融限度に達した液状薬品の処理
の問題がある。
In wet scrubbers, exhaust gases are passed through water or other chemicals through an absorbing spray. The exhaust chemistry does not decompose and is often not absorbed. This technique relies on the fusibility of the exhaust species with water or some other chemical. In addition, there is a problem in processing liquid chemicals once the melting limit has been reached.

【0006】熱式のスクラバーはプロセスもしくは複数
のプロセスからの排気を水素もしくは酸素と混合させる
ことと、前記混合物を排出気体が燃焼しあるいは分解す
る火焔もしくはイグナイターを通過させる必要が必然的
に起きてくる。この技術は大量の水素乃至酸素を用いる
工業プロセス用途からの廃棄物を燃焼させるものであ
る。実際には、典型的半導体製造に適用した場合、毎分
50標準リットルの流量を用いることになる。これらの
スクラバーを連続方式で用いるので、この気体の流量は
半導体製造家に対しては多額な費用となる。そのうえ、
水素を用いるとき(特に酸素と混合して排出種を燃焼さ
せる時)取組まなければならない安全性の問題がある。
Thermal scrubbers necessarily involve mixing the exhaust from a process or processes with hydrogen or oxygen and passing the mixture through a flame or igniter where the exhaust gas burns or decomposes. come. This technique burns waste from industrial process applications that use large amounts of hydrogen or oxygen. In practice, a typical semiconductor manufacturing application would use a flow rate of 50 standard liters per minute. Because of the continuous use of these scrubbers, this gas flow rate is a significant expense to semiconductor manufacturers. Besides,
There are safety issues that must be addressed when using hydrogen (especially when combusting emissions with oxygen).

【0007】プラズマスクラバーは典型的例としてプロ
セス反応室と加工システムのポンプの間に設置された減
圧(真空)工程である。ここで、前記プロセス反応室か
らの排気ガスがそれを分解させるプラズマに通る。この
スクラバーに対する典型的な圧力は0.1乃至10トル
である。無線周波プラズマ型スクラバーの実施例を米国
特許第4,735,633号で示し、またマイクロ波に
よるスクラバーを1994年5月サンフランシスコのエ
レクトロ.ケミカル.ソサイティの春季大会で提出され
たモセラ(Mocella)ほかの“オプションズ、フ
ォア、エンバイロンメンタリ、インパクテッド、パフル
オリネーテッド、ガイイス、ユースド、イン、プラズ
マ、プロセシング(Options for Envi
ronmentally Impacted Perf
luorinated GasesUsed in P
lasma Processing)”により論じてい
る。これらの技術での問題は前記種を一旦分解させる
と、その元の形に再結合してから、前記装置から排気さ
れる可能性が高いことである。固相副生成物も前記加工
反応器内もしくは前記スクラバー反応器内で生成でき
る。これらは前記反応器内の内面に付着するか、前記ス
クラバー反応器から前記加工反応器に向って逆拡散する
か、あるいは前記反応器からあら引きポンプ(roug
hing pump)に洗い流されることがある。いず
れの場合でも、前記固形物が保全問題に繋がる。大気プ
ラズマ例えばコロナ放電はNOx、SOxと前記VOC
のいくつかの弱化させる可能性を秘めた実現できる技術
として現在試験中である。CFSの弱化に対する研究は
ほとんど行われてこなかったし、またPFCの弱化につ
いての研究もこれらの技術と共には行われなかった。こ
の時点では大気圧によるプラズマ装置は市場では入手で
きない。
The plasma scrubber is typically a vacuum (vacuum) process installed between the process reaction chamber and the pump of the processing system. Here, the exhaust gas from the process reaction chamber passes into the plasma which decomposes it. Typical pressures on this scrubber are 0.1 to 10 Torr. An example of a radio frequency plasma type scrubber is shown in U.S. Pat. No. 4,735,633, and a microwave scrubber was published in May 1994 in Electro. chemical. “Options, Fore, Environmentally, Impacted, Pafluorinated, Gaith, Used, Inn, Plasma, Processing (Options for Envi) from Mocella et al.
romantically Impacted Perf
LUORINATED GASES USED IN P
laser processing. ”The problem with these techniques is that once the species decomposes, they are likely to recombine in their original form before being exhausted from the device. Phase by-products can also be produced in the processing reactor or in the scrubber reactor, whether they adhere to the inner surface of the reactor or back diffuse from the scrubber reactor toward the processing reactor, Alternatively, the roughing pump (rough
Hing pump). In either case, the solids lead to conservation problems. Atmospheric plasma such as corona discharge is NOx, SOx and VOC
It is currently being tested as a viable technology with some potential weakening potential. Little work has been done on CFS weakening, and no work on PFC weakening has been done with these techniques. At this time, atmospheric plasma devices are not available on the market.

【0008】乾式スクラバーにあっては、排気ガスは室
温以上の温度で保持された乾燥粒体の層を通過する。室
温条件は結果として化学吸着もしくは反応をもたらす一
方、前記加熱条件は分解と前記粒体との反応の原因とな
る。これらのスクラバーはPFCに対しての親和力は低
い。そのうえ、これらのスクラバーは大量の気体廃棄物
の処理には効率が低い。
In dry scrubbers, the exhaust gas passes through a layer of dry granules maintained at a temperature above room temperature. Room temperature conditions result in chemisorption or reaction, while the heating conditions cause decomposition and reaction with the granules. These scrubbers have a low affinity for PFC. Moreover, these scrubbers are inefficient in treating large amounts of gaseous waste.

【0009】気体の再生利用もしくは回収はなお開発段
階にある。この技術は、プラズマ環境でつくられるラジ
カルと、前記回収流れに起こる低濃度の問題の気体のた
めに適応し得ないことがある。このような装置の費用も
莫大なものとなり得る。
Gas recycling or recovery is still in development. This technique may not be applicable due to the radicals created in the plasma environment and the low concentration of the gas of interest in the recovery stream. The cost of such a device can also be enormous.

【0010】NF、SF、C,CF、CH
、CとCClのような気体を、プラズ
マ強化化学蒸着、プラズマエッチングやプラズマ洗浄を
含む様々なプラズマを用いるミクロ電子工業により用い
る一方、CCl、C、CHClおよび
CHCClは浄水、酸化促進などのさまざまな他の
用途があることがわかった。
NF 3 , SF 6 , C 2 F 6 , CF 4 , CH
Gases such as F 3 , C 3 F 8 and CCl 2 F 2 are used by the microelectronics industry with various plasmas including plasma enhanced chemical vapor deposition, plasma etching and plasma cleaning, while CCl 2 F 2 , C 7 H It has been found that 8 , CH 2 Cl 2 and CH 3 CCl 3 have a variety of other uses such as water purification, oxidation promotion and the like.

【0011】低濃度の汚染物質を大量のエネルギーを消
費することなく弱化させるには種々問題を含んでいる。
熱による方法は全気体の濃度を極めて高い温度に上昇さ
せて前記気体中に化学的活性種(ラジカル)を生成さ
せ、それにより前記汚染物質粒体を破壊することにかか
っている。コロナ放電は典型的例として低電力放電であ
り、また事実上非熱性であって、ほぼ大気圧(760ト
ル)で作用する。これは上に列挙した気体を大気圧放電
に連行する集積回路製造工程あるいは他の工程の気体廃
棄物の流れでの使用に十分適応できる。このような放電
発生用の典型的なリアクターはパルスコロナリアクター
である。この図式では、高圧パルスを金属管の内側に心
合せした極細の金属線に印加する。このようなパルスを
この配置に印加すると、前記電線からシリンダーに放射
する大量の部分放電(流線として周知)を発生できる。
これらの流線中に含まれた高エネルギー電子が汚染物質
の分子と相互反応する前記ラジカルを生成し、それをよ
り危険性の少い分子、もしくはよりたやすく取扱える分
子に分解できる。この方法で、ラジカルを大量の気体の
温度を上昇させることなく発生させ、従ってエネルギー
の消費を著しく節約できる。危険性のある気体処理用の
コロナ放電については、1993年6月21−23日ニ
ューメキシコ州アルバカーキで行われた第9回IEEE
インターナショナル、パルスド、パワー、コンフォレン
ス(International Pulsed Po
wer Conference)の議事録の第180乃
至183頁IEEEのカタログ第93CH3350−6
号にある“コアキシアル、パルスド、コロナ、リアクタ
ー、フォア、トリートメント、オブ、ハザーダス、ガス
イス(Coaxial Pulsed Corona
Reactorfor Treatment of H
azardous Gases)”でM.G.グロザウ
ス(Grothaus)、R.K.ハッチャーソン(H
utcherson)、R.A.コルツェクワ(Kor
zekwa)、R.ラウシ(Roush)、R.ブラウ
ン(Brown)、R.エンジェルス(Engels)
により記述されている。
There are various problems in weakening low concentrations of pollutants without consuming a large amount of energy.
The thermal method relies on raising the concentration of the total gas to a very high temperature to generate chemically active species (radicals) in the gas, thereby destroying the contaminant granules. Corona discharges are typically low power discharges, are virtually non-thermal and operate at about atmospheric pressure (760 Torr). It is well suited for use in gaseous waste streams in integrated circuit manufacturing processes or other processes that entrain the gases listed above in atmospheric discharges. A typical reactor for generating such a discharge is a pulse corona reactor. In this scheme, a high voltage pulse is applied to a fine metal wire centered inside the metal tube. Applying such a pulse to this arrangement can generate a large amount of partial discharge (known as a streamline) that radiates from the wire into the cylinder.
The high-energy electrons contained in these streamlines produce the radicals that interact with pollutant molecules, which can be broken down into less dangerous or easier-to-handle molecules. In this way, radicals can be generated without raising the temperature of the bulk gas, thus saving considerable energy consumption. Corona Discharge for Hazardous Gas Treatment, 9th IEEE, 21-23 June 1993, Albuquerque, NM
International, Pulsed, Power, Conference (International Pulsed Po)
wer conference) pages 180-183 IEEE Catalog No. 93CH3350-6
"Coaxial Pulsed, Corona, Reactor, Fore, Treatment, Of, Hazardous, Gas Chair (Coaxial Pulsed Corona)
Reactor Treatment of H
AZ Grouse, RK Hutcherson (H)
utcherson), R.A. A. Korzekhwa (Kor
zekwa), R.A. Rush, R.A. Brown, R.M. Angels
It is described by.

【0012】VOC、NOx、SOxの分解と、気体中
に懸濁された粒状物質のコロナ放電を介しての除去につ
いては、1993年ボロニアのSIF刊、G.ボニツォ
ニ(Bonizzoni)、W.フーク(Hooke)
とE.シンドニイ(Sindoni)編集になる“イン
ダストリアル、アプリケーションズ、オブ、プラズマ、
フィジックス”の第1152乃至1166頁でR.イタ
タニ(Itatani)の論文“スタディーズ、オン、
トキシック、ウェースト、ディストラクション、ウィ
ズ、プラズマ、イン、ジャパン(Studies on
Toxic Waste Destruction
with Plasmas in Japan)”によ
り、また1991年12月IEEE Trans. P
lasmaSci.第6巻第6号第1152乃至116
6頁のJ.S.チャング(Chang)、P.A.ロー
レス(Lawless)とT.ヤマモト(Yamamo
to)の論文“コロナ、ディスチャージ、プロセス(C
orona Discharge Proces
s)”、また米国特許第4,313,739号、米国特
許第4,695,358号、同じく米国特許第4,95
6,152号、米国特許第5,061,462号ならび
に米国特許第5,236,672号により以前に述べら
れた。これらの研究論文で述べられたコロナ放電は、直
流コロナ放電であるが、あるいはエネルギー効果が少く
とも上述のパルスコロナリアクターより少くとも一順位
下の等級のものであるかのいずれかである。電磁パルス
の特性もパルス持続時間、繰返し数、ピーク電圧、ピー
ク電流と電圧立上り時間の点で相違する。研究の大部分
は周囲空気で行われた。上記の米国特許で論ぜられたプ
ロセスのいくつかは水が汚染物質の分解を容易にするた
めに共存する必要がある。実際に、いくつかの理論は水
が今日まで研究された汚染物質の多くの分解工程で助け
となるキャリヤーガスの基本成分であると示唆してい
る。NHをSOもしくはNOを含む気体混合物に
添加して化合物、例えば(NH SO=とNH
NO それぞれを形成させることも1991年1
2月刊IEEE Trans.Plasma Sci.
第19巻第6号第1152乃至1166頁のJ.−S.
チャング、P.A.ローレスとT.ヤマモトの論文“コ
ロナ、ディスチャージ、プロセシス(Corona D
ischarge Processes)”と米国特許
第4,695,358号に述べられている。
Regarding the decomposition of VOC, NOx and SOx and the removal of particulate matter suspended in a gas via corona discharge, 1993, Volonia, SIF, G. et al. Bonizzoni, W.C. Hook
And E. Edited by Sindoni “Industrial, Applications, Of, Plasma,
Physics, pages 1152-1166, R. Itatani's article "Studies, On,
Toxic, Waste, Distraction, With, Plasma, Inn, Japan (Studies on
Toxic Waste Destruction
with Plasmas in Japan) "and also December 1991 IEEE Trans. P.
lasmaSci. Volume 6 Issue 6 1152-116
J. p. 6 S. Chang, P.G. A. Lawless and T.W. Yamamoto
to) paper "Corona, discharge, process (C
orona Discharge Procedures
s) ", U.S. Pat. No. 4,313,739, U.S. Pat. No. 4,695,358, and U.S. Pat. No. 4,95.
6,152, U.S. Pat. No. 5,061,462 and U.S. Pat. No. 5,236,672. The corona discharges described in these papers are either DC corona discharges or they are at least energy efficient and at least one rank below the pulsed corona reactors described above. Electromagnetic pulse characteristics also differ in terms of pulse duration, repetition rate, peak voltage, peak current and voltage rise time. Most of the research was done in ambient air. Some of the processes discussed in the above U.S. patent require that water be present to facilitate the decomposition of pollutants. In fact, some theories suggest that water is the basic constituent of the carrier gas that aids in many of the pollutant decomposition processes studied to date. NH 3 is added to a gas mixture containing SO x or NO x to add compounds such as (NH 4 + ) 2 SO 4 = and NH
4 + NO 3 to form each 1991 1
February Monthly IEEE Trans. Plasma Sci.
Vol. 19, No. 6, pages 1152-1166, J. -S.
Chang, P. A. Lawless and T. Yamamoto's paper "Corona, discharge, processing (Corona D
ischarge Processes ") and U.S. Pat. No. 4,695,358.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】パルスコロナ放電は化
学種の分解に要する低エネルギー源として容認されてい
るが、この方法の効率は効果的な工業化にも、また環境
的弱化を必要とする有害種の過半もしくは完全な分解に
は十分でなかった。本発明は前記パルスコロナ放電の特
性を促進してコロナ減衰の不足を解決し、以下さらに詳
述することになる分解効率を劇的に増大させる。
Although pulsed corona discharge has been accepted as a low energy source for the decomposition of chemical species, the efficiency of this method is not only for effective industrialization, but also for environmentally damaging harmful effects. It was not sufficient for the majority or complete degradation of the species. The present invention promotes the characteristics of the pulsed corona discharge to overcome the lack of corona decay and dramatically increase the decomposition efficiency, which will be described in more detail below.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明はコロナ放電を用
いて気相プロセス流れからの汚染物質の分解の方法に関
するもので、次の工程: a)汚染物質と、分解される汚染物質の優先種より高い
イオン化ポテンシャルをもつキャリヤーガスを含む気相
プロセス流れを供給する工程と; b)前記気相プロセス流れの酸素成分を21容量%以下
の酸素に維持する工程と; c)前記気相プロセス流れをコロナ放電に暴露して前記
気相プロセス流れにある汚染物質を破壊して前記汚染物
質から分解副生成物を発生させる工程と; d)前記分解副生成物を処分する工程と; からなる。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to a method of decomposing pollutants from a gas phase process stream using a corona discharge, comprising the steps of: a) priority of pollutants and pollutants to be decomposed. Providing a gas phase process stream comprising a carrier gas having a higher ionization potential than the species; b) maintaining an oxygen content of the gas phase process stream at 21% by volume or less of oxygen; c) the gas phase process. Exposing the stream to a corona discharge to destroy pollutants in the gas phase process stream to generate decomposition by-products from the pollutants; d) disposing of the decomposition by-products. .

【0015】水素を前記気相プロセス流れにある汚染物
質の1乃至20,000ppmvの範囲内で前記気相プ
ロセス流れと混合することが好ましい。
Hydrogen is preferably mixed with the gas phase process stream within the range of 1 to 20,000 ppmv of contaminants in the gas phase process stream.

【0016】別の例として、アンモニアを前記プロセス
流れにある汚染物質の1乃至20,000ppmvの範
囲内で前記プロセス流れと混合する。
As another example, ammonia is mixed with the process stream within the range of 1 to 20,000 ppmv of contaminants in the process stream.

【0017】前記気相プロセス流れが事実上自由分子酸
素をもたないことが好ましい。
It is preferred that the gas phase process stream be substantially free of free molecular oxygen.

【0018】好ましくは、前記気相プロセス流れが事実
上自由分子水をもたないことである。
Preferably, the gas phase process stream is substantially free of free molecular water.

【0019】コロナをパルスコロナリアクターにより発
生させることが好ましい。
It is preferred that the corona is generated by a pulse corona reactor.

【0020】また、コロナが高エネルギー電子の流れか
ら事実上なることが好ましい。
It is also preferred that the corona effectively consists of a stream of high energy electrons.

【0021】好ましくは、前記キャリヤーガスを窒素、
ヘリウム、ネオン、アルゴンとその混合物からなる群よ
り選ぶことである。
Preferably, the carrier gas is nitrogen,
Choose from the group consisting of helium, neon, argon and mixtures thereof.

【0022】また、前記汚染物質をNF、SF、C
、CF、CHF、C、CCl
、CHCl、CHCClとその混合物
からなる群より選ぶことが好ましい。
In addition, the contaminants are NF 3 , SF 6 , and C.
2 F 6 , CF 4 , CHF 3 , C 3 F 8 , CCl 2 F 2 ,
C 7 H 8, CH 2 Cl 2, CH 3 is preferably selected from the group consisting of CCl 3 and mixtures thereof.

【0023】好ましくは、前記キャリヤーガスを前記気
相プロセス流れに添加することである。
Preferably, the carrier gas is added to the gas phase process stream.

【0024】好ましくは、前記汚染物質の濃度がほぼ1
ppmv乃至50,000ppmvの範囲にある。
Preferably, the concentration of said pollutant is approximately 1
It is in the range of ppmv to 50,000 ppmv.

【0025】好ましくは、前記パルスコロナリアクター
をほぼ1Hz乃至10kHzの繰返し数のパルスにする
ことである。
Preferably, the pulsed corona reactor is pulsed with a repetition rate of approximately 1 Hz to 10 kHz.

【0026】前記コロナ放電がほぼ50乃至500ナノ
秒FWHMの範囲にあるパルス幅をもつことが好まし
い。
Preferably, the corona discharge has a pulse width in the range of approximately 50 to 500 nanoseconds FWHM.

【0027】また、前記コロナ放電がほぼ1乃至45k
Vのピーク電圧をもつことが好ましい。
Further, the corona discharge is approximately 1 to 45 k.
It preferably has a peak voltage of V.

【0028】前記パルスコロナリアクターがほぼ14.
7乃至200psiaのスパークギャップ圧をもつこと
が好ましい。
The pulse corona reactor is approximately 14.
It is preferred to have a spark gap pressure of 7 to 200 psia.

【0029】さらに、前記コロナを無音放電リアクタ
ー、交流充填層リアクター、ポイント−プレーン(po
int−plane)リアクター、ポイント−ポイント
リアクター、毛管管リアクター、電子ビームリアクター
とコロナトーチリアクターからなる群より選ばれるコロ
ナ発生器により発生させることが好ましい。
Further, the corona is replaced by a silent discharge reactor, an AC packed bed reactor, a point-plane (po).
It is preferably generated by a corona generator selected from the group consisting of an int-plane reactor, a point-point reactor, a capillary reactor, an electron beam reactor and a corona torch reactor.

【0030】本発明はさらに好ましくは、気相プロセス
流れからのハロゲン化汚染物質をパルスコロナ放電を用
いて分解する方法であって、 a)ハロゲン化汚染物質と、前記分解されるハロゲン化
汚染物質より高いイオン化ポテンシャルをもち、窒素、
ヘリウム、ネオン、アルゴンとその混合物からなる群よ
り選ばれるキャリヤーガスを含む気相プロセス流れを供
給する工程と; b)前記気相プロセス流れの酸素と水の含有量とをそれ
ぞれ2容量%以下の酸素と、同じく29容量%以下の水
に維持する工程と; c)遊離基清浄剤としての水素の原料を前記気相プロセ
ス流れに添加する工程と; d)前記気相プロセス流れと水素の原料をパルスコロナ
放電に暴露して前記気相プロセス流れにある汚染物質か
ら遊離基を発生させ、前記汚染物質を分解副生成物に転
化させる工程と; e)前記分解副生成を処分する工程と; からなる。
The present invention is more preferably a method of decomposing halogenated pollutants from a gas phase process stream using a pulsed corona discharge, comprising: a) halogenated pollutants and said decomposed halogenated pollutants. Nitrogen, which has a higher ionization potential
Supplying a gas phase process stream containing a carrier gas selected from the group consisting of helium, neon, argon and mixtures thereof; b) the oxygen and water contents of said gas phase process stream each being not more than 2% by volume. Maintaining oxygen and water, also 29% by volume or less; c) adding a source of hydrogen as a free radical detergent to the gas phase process stream; d) the gas phase process stream and a source of hydrogen Exposed to pulsed corona discharge to generate free radicals from contaminants in the gas phase process stream and convert the contaminants to decomposition by-products; e) disposing of the decomposition by-products; Consists of.

【0031】前記水素の原料を水素、アンモニア、ヒド
ラジン、メタンとその混合物からなる群より選ぶことが
好ましい。
The hydrogen source is preferably selected from the group consisting of hydrogen, ammonia, hydrazine, methane and mixtures thereof.

【0032】好ましくは、前記ハロゲン化汚染物質が四
弗化炭素であり、また前記キャリヤーガスがヘリウムで
あることである。
Preferably, the halogenated contaminant is carbon tetrafluoride and the carrier gas is helium.

【0033】また、前記ハロゲン化汚染物が三弗化窒
素、前記キャリヤーガスが窒素であり、そして、水素が
遊離基清浄剤の原料として共存することが好ましい。
It is also preferable that the halogenated contaminant is nitrogen trifluoride, the carrier gas is nitrogen, and hydrogen coexists as a raw material of the free radical detergent.

【0034】別の例として、前記ハロゲン化汚染物質が
ペルフルオロエタンであり、前記キャリーガスが窒素で
ある。
As another example, the halogenated contaminant is perfluoroethane and the carry gas is nitrogen.

【0035】また別の例として、前記ハロゲン化汚染物
質がヘキサフルオリド硫黄であり、また前記キャリヤー
ガスが窒素である。最高等量の酸素を前記気相プロセス
流れの中でヘキサフルオリド硫黄として維持するが、2
容量%以下であることが好ましい。
As another example, the halogenated contaminant is hexafluoride sulfur and the carrier gas is nitrogen. Maintaining the highest equivalent amount of oxygen as hexafluoride sulfur in the gas phase process stream,
It is preferably at most% by volume.

【0036】[0036]

【発明の実施の形態】本発明は典型的例としてハロゲン
含有化合物(汚染物質)をコロナを発生させるリアクタ
ー、例えばパルスコロナリアクター、無音放電(もしく
は絶縁障壁放電)リアクター、交流充填層リアクター、
ポイント−プレーンリアクター、ポイント−ポイントリ
アクター、コロナトーチリアクター、電子ビームリアク
ターと、毛管管リアクターを用いて空気(気相プロセス
流れ)以外の雰囲気中での有効な化学分解に関するもの
である。取扱っている範囲のコロナは、陽コロナ(すな
わち、流線コロナ、バーストパルスコロナ、グローコロ
ナとスパーク放電)と、負コロナ(例えばトリッチェル
(Trichel)パルスコロナ、パルスレスコロナと
スパーク放電)を含む。雰囲気(すなわち、キャリヤー
ガス)は不活性分子と原子、例えば窒素、アルゴン、ヘ
リウムとネオンを含んでもよい。そのうえ、気体を前記
混合物にゲッタ反応性中間体に対する試薬として添加し
て、分解効率を改善する。試薬気体として用いることが
できる気体はH、NH、N、CHとその混
合物を含む。汚染物質を用いるか、あるいは発生させる
工程から運搬される汚染物質と気体は前記気相プロセス
流れからなる前記キャリヤーガスと試薬ガスを、前記気
相プロセス流れを抜取る工程によっては添加する必要が
あるかも知れないし、あるいはないかも知れない。前記
キャリヤーガスを加える必要があるかも知れないし、あ
るいは追加のキャリヤーガスを添加する必要があるかも
知れない。典型的例として、試薬ガスを添加し、前記気
相プロセス流れからの水分と酸素の除去が必要となるで
あろう。SFの場合でも、前記気相プロセス流れの分
子酸素成分は前記気相プロセス流れの21容量%以下、
好ましくは2容量%以下であって、非SF汚染物質の
場合、事実上分子酸素はない。すべての場合、なるべく
なら、水を、気相プロセス流れの2容量%以下になるよ
う除去することが好ましい。本発明の好ましい作業の範
囲は: ・1ppmv乃至50,000ppmv(分子容でのパ
ーツパーミリオン)のキャリヤーガス中の汚染物質の濃
度; ・キャリヤーガス:破壊される汚染物質と比較して高い
イオン化ポテンシャルガスをキャリヤーとして用いるN
、He、Ne、Arもしくはその混合物; ・1Hz乃至10kHz(ヘルツもしくは1秒当りのサ
イクル数、キロヘルツもしくは1秒当り1000サイク
ル数)繰返し数; ・50乃至500nsFWHM(ナノ秒フルワイドスハ
ーフマキシマム)のパルス幅; ・直径がほぼ10乃至41mlの中心電線と、内径がほ
ぼ1インチ範囲の同軸チューブを用いて起す1乃至45
kV(キロボルト)のピーク電圧; ・10メートルごとのリアクターチューブの長さに対し
500pF(ピコファラド、10−12ファラド)乃至
5nF(ナノファラド、10−9ファラド)の蓄電コン
デンサー; ・H、NH、N、CHとその混合物から選
ばれる添加ガス; ・ほぼ10乃至40ミリメートルのギャップ間隔をもつ
14.7乃至200psiaのスパークギャップ圧; ・1ns乃至1000ns(ナノ秒)の立上り時間; ・周囲空気に見出されるもの以下で大抵の場合、低けれ
ば低いほど都合のよいOとHOの濃度;を含む。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention typically employs a halogen-containing compound (pollutant) for producing a corona reactor, such as a pulse corona reactor, a silent discharge (or insulating barrier discharge) reactor, an AC packed bed reactor,
It relates to effective chemical decomposition in atmospheres other than air (gas phase process flow) using point-plane reactors, point-point reactors, corona torch reactors, electron beam reactors and capillary reactors. The corona range covered includes positive corona (ie streamline corona, burst pulse corona, glow corona and spark discharge) and negative corona (eg Trichel pulse corona, pulseless corona and spark discharge). . The atmosphere (ie, carrier gas) may include inert molecules and atoms such as nitrogen, argon, helium and neon. Moreover, gas is added to the mixture as a reagent for the getter-reactive intermediate to improve the decomposition efficiency. Gas can be used as a reagent gas containing H 2, NH 3, N 2 H 4, CH 4 and mixtures thereof. Contaminants and gases carried from the step of using or generating pollutants require the addition of the carrier gas and reagent gas comprising the vapor phase process stream depending on the step of withdrawing the vapor phase process stream. It may or may not be. It may be necessary to add the carrier gas, or it may be necessary to add additional carrier gas. Typically, a reagent gas would be added, which would require removal of water and oxygen from the gas phase process stream. Even in the case of SF 6 , the molecular oxygen component of the gas phase process stream is 21% by volume or less of the gas phase process stream,
In the case of non-SF 6 contaminants, preferably below 2% by volume, there is virtually no molecular oxygen. In all cases it is preferred to remove water, preferably to less than 2% by volume of the gas phase process stream. The preferred working ranges of the present invention are: -Contaminant concentrations in the carrier gas from 1 ppmv to 50,000 ppmv (parts per million in molecular volume);-Carrier gas: high ionization potential compared to the pollutant to be destroyed. N using gas as carrier
2 , He, Ne, Ar or a mixture thereof; 1 Hz to 10 kHz (hertz or cycles per second, kilohertz or 1000 cycles per second) repetition rate; 50 to 500 ns FWHM (nanosecond full-width half-maximum) Pulse width; ・ 1 to 45 caused by using a central electric wire with a diameter of about 10 to 41 ml and a coaxial tube with an inner diameter of about 1 inch
peak voltage of kV (kilovolts); storage capacitor of 500 pF (picofarad, 10 −12 farad) to 5 nF (nanofarad, 10 −9 farad) for reactor tube length every 10 meters; H 2 , NH 3 , An additive gas selected from N 2 H 4 , CH 4 and mixtures thereof; a spark gap pressure of 14.7 to 200 psia with a gap spacing of approximately 10 to 40 mm; a rise time of 1 ns to 1000 ns (nanoseconds); Less than or equal to that found in ambient air is often included, with lower and more convenient concentrations of O 2 and H 2 O.

【0037】空気以外の雰囲気を使用すると、キャリヤ
ーガスにさらに活性化された種を供給し、ハロゲン含有
化合物と反応させることで分解効率を促進させる。分解
の正確な仕組みは明らかになっていないが、しかし、実
験データでは、湿り空気から湿り窒素に転換して窒素雰
囲気になると分解効率に劇的な増進を示した。
The use of an atmosphere other than air promotes decomposition efficiency by providing more activated species to the carrier gas and reacting with the halogen-containing compound. The exact mechanism of decomposition is not known, but experimental data show a dramatic increase in decomposition efficiency when converting moist air to moist nitrogen into a nitrogen atmosphere.

【0038】ゲッタガス、例えばHを用いると分解効
率を劇的に改善した。これらの気体は効率の改善にいく
つかの方法をもっている。キャリヤーガスを用いた場合
のように、これらの添加剤はハロゲン化化合物の分解を
促進する活性化された種を提供できる。添加剤はさらに
中間弗素と塩素原子をゲッタで除き、再結合反応を防
ぎ、従って効率を向上させる。パルスコロナリアクター
を用いる本発明では、キャリヤーガスが窒素であり、ま
た少量の水素を添加すると、99.9%のNF分解効
率を達成できた。
The use of getter gas such as H 2 dramatically improved the decomposition efficiency. These gases have several ways to improve efficiency. As with the carrier gas, these additives can provide an activated species that promotes decomposition of the halogenated compound. The additive also getters out intermediate fluorine and chlorine atoms to prevent recombination reactions and thus improve efficiency. In the present invention using a pulse corona reactor, the carrier gas was nitrogen, and when a small amount of hydrogen was added, an NF 3 decomposition efficiency of 99.9% could be achieved.

【0039】キャリヤーガスも重要である。CFの場
合、窒素キャリヤーからヘリウムキャリヤーへ若干のH
を前記キャリヤーガスに添加して転換することで、C
の向上した分解を達成できる。ヘリウムだけではC
の分解副生成物との安定化合物を形成できない。キ
ャリヤーガスが破壊される種より低いイオン化ポテンシ
ャルを備える時、最少限の分解が起こる。キャリヤーガ
スのイオン化ポテンシャルが破壊される種のそれよりも
高い時は、電子がその種と相互作用を起す可能性が増大
する。水素を添加すると結果として破壊されている分子
より高い結合解離エネルギーを有するHFの生成をもた
らすことになる。
The carrier gas is also important. In the case of CF 4 , some H from the nitrogen carrier to the helium carrier.
C by adding 2 to the carrier gas and converting
Improved decomposition of F 4 can be achieved. C with helium alone
Inability to form stable compounds with decomposition byproducts of F 4 . Minimal decomposition occurs when the carrier gas has a lower ionization potential than the species being destroyed. When the ionization potential of the carrier gas is higher than that of the species being destroyed, there is an increased likelihood that the electron will interact with that species. Addition of hydrogen will result in the formation of HF with a higher bond dissociation energy than the molecule being destroyed.

【0040】パルスコロナリアクターに対しここで明ら
かにされた研究成果はすべての他のコロナ放電、RF放
電、ミクロ波放電と電子ビーム放電をこれらの放電の物
理的ならびに化学的類似性のためPFC、CFCならび
にVOCの弱化に用いることができるよう適応させるべ
きである。
The findings revealed here for pulsed corona reactors are all other corona discharges, RF discharges, microwave discharges and electron beam discharges due to the physical and chemical similarity of these discharges to PFC, It should be adapted for use in weakening CFCs and VOCs.

【0041】従って、コロナ放電を用いる本発明は気体
汚染物質、例えば廃棄ガス流れからのPFC、CFC、
ならびにVOCを除去する先行技術の弱化技術にまさる
特に有利なものと考えられる。高ピーク電圧の使用、除
去される汚染物質より高いイオン化ポテンシャルをもつ
キャリヤーガスの使用と、プラズマ状態で汚染物質と反
応して洗浄できる副生成物を形成させる気体の添加が共
に作用して、本発明をこのような廃棄物の弱化の伝統的
技術よりずっと効果的である。
Therefore, the present invention using a corona discharge allows the use of gaseous pollutants, such as PFCs, CFCs, from waste gas streams.
And are considered to be particularly advantageous over prior art weakening techniques that remove VOCs. The use of a high peak voltage, the use of a carrier gas with a higher ionization potential than the pollutant being removed, and the addition of a gas that reacts with the pollutant in the plasma state to form a washable by-product, work together to The invention is much more effective than traditional techniques of weakening such waste.

【0042】高エネルギー電子(従ってラジカル)の発
生を最大限にすることはパルスコロナリアクター装置の
成功には不可欠である。これに関連して、次の考察が大
切である: 1.平均電子エネルギーは前記リアクターに印加された
電圧に関連する。電圧が高ければ高いほど、所定の気体
密度に対する電子エネルギーは高くなる。達成される電
圧が高ければ高いほど、所定の配置に対する電圧が迅速
に印加される。
Maximizing the production of high energy electrons (and thus radicals) is essential to the success of the pulse corona reactor system. In this context, the following considerations are important: 1. The average electron energy is related to the voltage applied to the reactor. The higher the voltage, the higher the electron energy for a given gas density. The higher the voltage achieved, the more quickly the voltage for a given arrangement will be applied.

【0043】2.高エネルギー電子は流線生成の初期段
階中、すなわち流線の電線からシリンダーへの生長反応
中に主として発生させられる。通過時間は短く、典型的
例としてナノ秒(10−9秒)10台である。流線の
“形成”が必要なだけであって、流線をさらに導電性の
ある熱(もしくはアーク)を相に“追込”まないことで
ある。それ相応に印加されたパルス幅の限度も高効率に
とって不可欠である。
2. High-energy electrons are mainly generated during the initial stage of streamline generation, that is, during the growth reaction from the streamline wire to the cylinder. The transit time is short, typically 10 nanoseconds (10 −9 seconds). It is only necessary to "form" the streamlines, and not "drive" the streamlines into the phase with more conductive heat (or arc). Correspondingly applied pulse width limits are also essential for high efficiency.

【0044】3.単位時間当りに形成される流線が多け
れば多いほど、ますますガス処理量の達成が都合よくな
る。
3. The more streamlines that are formed per unit time, the more convenient it is to achieve gas throughput.

【0045】これらの考察から、所定の配置に対する最
高の電圧と高い繰返し数のショートパルスが好ましいこ
とが推論できる。これらの考察も無音放電(絶縁障壁放
電)リアクターや交流充填層リアクターにあてはまる。
From these considerations it can be inferred that the highest voltage and high repetition rate short pulses for a given geometry are preferred. These considerations also apply to silent discharge (insulation barrier discharge) reactors and AC packed bed reactors.

【0046】ダールグレン部門のネーヴァル、サーフェ
ス、ウォアフェア、センターの設計にかかるパルスコロ
ナリアクターは1933年6月21日から23日まで米
国ニューメキシコ州アルバカーキで開催された第9回I
EEEインターナショナル、パルスト、パワー、カンフ
ァレンスの議事録でIEEEカタログ第93CH335
0−6号第180乃至183頁のM.G.グロタウス
(Grothaus)、R.K.ハッチヤーソン(Hu
tcherson)、R.A.コルツェクワ(Korz
ekwa)、R.ラウシュ(Roush)、R.ブラウ
ン(Brown)の“コアキシアル、パルスド、コロ
ナ、リアクター、フォア、トリートメント、オブ、ハザ
ーダス、ガスイス(Coaxial Pulsed C
oronaReactor for Treatmen
t of Hazardous Gases)”に述べ
られているように前記流線放電を発生させるに当たっ
て、“壁プラグ”から線電極に至るまで高い電気効率
(>85%)を示す。このようなパルスコロナリアクタ
ーの単一リアクターチューブの横断面を示す線図を図1
に示す。高圧、定電流電源を用いてエネルギーを個別も
しくは分配キャパシタンスに供給する。このコンデンサ
に蓄電された電圧をその後、前記リアクターの容量内で
線電極からチューブ壁電極までの流線をつづけて成長さ
せる水素スパークギャップスイッチを備えるリアクター
に転送する。このような方法から次の利点が自然に生ま
れてくる: 1.定電流給電が“壁プラグ”からコンデンサに至る転
送エネルギーで極めて効果的である(>93%)。それ
は遠隔操縦が可能で一旦流線の活性がリアクター内で開
始されると、供給を止め、それを回路の残りから有効に
隔離させる。そのうえ、前記遠隔操縦能力がパルス電力
システムの有効操縦を可能にして流れの状態の変動の調
節を容易に適応させることができる。
The Pulse Corona Reactor for the design of Naval, Surface, Warfare, and Center in the Dahlgren Division was held from 21-23 June 1933 in Albuquerque, New Mexico, USA.
IEEE Catalog 93 CH335 with minutes of IEEE International, Pulsto, Power, Conference
0-6, pages 180-183. G. Grothaus, R.G. K. Hatch Yarson (Hu
tcherson), R.A. A. Korz Kuwa
ekwa), R.A. Rush, R.A. Brown's "Coaxial, Pulsed, Corona, Reactor, Fore, Treatment, Of, Hazardous, Coaxial Pulsed C
oronaReactor for Treatmen
In producing the streamline discharge as described in “T of Hazardous Gases”, it exhibits high electrical efficiency (> 85%) from the “wall plug” to the line electrode. Figure 1 is a diagram showing a cross section of a single reactor tube.
Shown in Energy is supplied to individual or distributed capacitances using a high voltage, constant current power supply. The voltage stored in this capacitor is then transferred to a reactor with a hydrogen spark gap switch that keeps the streamline from the line electrode to the tube wall electrode growing within the capacity of the reactor. The following advantages naturally arise from this method: Constant current feed is extremely effective at transfer energy from the "wall plug" to the capacitor (> 93%). It is remotely steerable and once streamline activation is initiated in the reactor, it shuts off the supply, effectively isolating it from the rest of the circuit. Moreover, the remote piloting capability allows for effective piloting of the pulsed power system to easily accommodate adjustments to changes in flow conditions.

【0047】2.前記水素スパークギャップが極めて速
い立上がり時間パルス(ナノ秒)を発生させ、リアクタ
ーの全長の下流に多数の同時流線を起こすことができ
る。水素を絶縁ガスとして使用すると繰返し数の能力を
他のスパークギャップ充填ガス以上に大きさの順序を改
善できる。
2. The hydrogen spark gap can generate rise time pulses (nanoseconds) that are very fast, creating multiple simultaneous streamlines downstream of the entire length of the reactor. The use of hydrogen as the insulating gas can improve the repeatability capability in order of magnitude over other spark gap filling gases.

【0048】3.前記リアクターの同心配置とパルス給
電の完全密閉方式は周囲装置との電磁干渉を除去する。
3. The concentric arrangement of the reactor and the completely sealed system of pulsed power supply eliminate electromagnetic interference with surrounding devices.

【0049】4.蓄電キャパシタンスの大きさは容易に
変化させて印加高圧パルスのパルス幅を最小限に止め
て、平均電力要求量を削減できる。
4. The size of the storage capacitance can be easily changed to minimize the pulse width of the applied high voltage pulse and reduce the average power demand.

【0050】典型的作業パラメーターは次の通りであ
る:20乃至25kV電荷電圧;100乃至1000H
z、立上り時間6ナノ秒(ns)、パルス幅50乃至1
50ナノ秒、流量50slpm(毎分標準リットル)、
消費電力100乃至200W(ワット)。
Typical operating parameters are: 20-25 kV charge voltage; 100-1000 H.
z, rise time 6 nanoseconds (ns), pulse width 50 to 1
50 nanoseconds, flow rate 50 slpm (standard liters per minute),
Power consumption 100 to 200 W (watt).

【0051】実験を10チューブパルスコロナリアクタ
ーの各チューブが図1に示された構造をもつもので行わ
れた。前記リアクター1は長さが3フィート、外径が1
インチ(約2.54cm)、内径が0.9インチ(約
2.28cm)の多数の円筒状ステンレス鋼チューブ3
(片方の電極として役立つ)を含む。各チューブ3の中
心には直径が0.002インチ(約0.051cm)の
ステンレス鋼線5(他方の電極として働く)を前記リア
クター1のチューブ3の中心に引張りねじ7と前記リア
クター1のチューブ3のいずれかに配置されたクリンプ
によって位置決めした。テフロン製の貫通接続をすべて
の電気結線に用いる一方、封止装置8、10をテフロン
とスウェージロック金具製にした。各リアクター1のチ
ューブ3のキャパシタンスは30pFであった。マック
スウェルCCDS50kV、2kJ/sの定電流電源9
形式CCDS−440P1−208を用いて前記パルス
コロナリアクターの一次蓄電コンデンサーを充電した。
このキャパシタンスは個別コンデンサからのもの、ある
いはパルス整形線からのものであり得る。急速な立上り
パルスをリアクターに起こすため、自己絶縁破壊方式で
作用する水素スパークギャップを用いた。水素を前記ス
パークギャップに用いるのは気体、例えばN、Ar、
He、OとSFに比べてその急速な回収特性のため
である。スイッチの放電破壊電圧はギャップ間隔とギャ
ップ圧力の調整により調節できる。スイッチは自己放電
破壊方式で、外部トリガーソースを必要とすることなく
作用する。蓄電キャパシタンス(従ってコロナ電線に印
加された電圧パルスの繰返し数)をヒューレットパッカ
ード(Hewlett−Packard)社の8112
Aプログラムできるパルス発生器からのパルスで開始で
きる。リアクターに印加される電圧の測定は前記リアク
ター電気入力の近くにある急速容量分圧器を用いる。全
リアクター電流をごく僅かな立上り時間が可能のパーソ
ン(Pearson)プローブ13を用いて測定した。
この両プローブを、記録ずみ電気的データをさらなる分
析をするコンピュータに転送するレクロイ(LeCro
y)形式7200デジタルオキシロスコープに接続し
た。試料汚染物質を含む気相プロセス流れを入口15を
通して導入し、分解副生成物を前記ステンレス鋼チュー
ブ3電極に向けられた前記電線5電極から放射し、前記
リアクターチューブ1を通過するキャリヤーガスに連行
された汚染物質を分解する。
The experiments were carried out in a 10-tube pulse corona reactor with each tube having the structure shown in FIG. The reactor 1 has a length of 3 feet and an outer diameter of 1
Numerous cylindrical stainless steel tubing 3 inches (about 2.54 cm) and 0.9 inch inside diameter (about 2.28 cm)
(Serves as one electrode). At the center of each tube 3, a stainless steel wire 5 (acting as the other electrode) having a diameter of 0.002 inch (acting as the other electrode) is attached to the center of the tube 3 of the reactor 1 and the pull screw 7 and the tube of the reactor 1 Positioned by a crimp placed on any of the three. While Teflon feedthroughs were used for all electrical connections, the sealing devices 8, 10 were made of Teflon and Swagelok fittings. The capacitance of the tube 3 of each reactor 1 was 30 pF. Maxwell CCDS 50kV, 2kJ / s constant current power supply 9
The CCDC-440P1-208 model was used to charge the primary storage capacitor of the pulse corona reactor.
This capacitance can be from a discrete capacitor or from a pulse shaping line. A hydrogen spark gap, which works in a self-breakdown mode, was used to generate a rapid rising pulse in the reactor. Hydrogen is used in the spark gap as a gas such as N 2 , Ar,
This is due to its rapid recovery properties compared to He, O 2 and SF 6 . The discharge breakdown voltage of the switch can be adjusted by adjusting the gap distance and the gap pressure. The switch is self-discharge breaking and works without the need for an external trigger source. The storage capacitance (and thus the number of repetitions of the voltage pulse applied to the corona wire) was measured by Hewlett-Packard 8112.
You can start with a pulse from an A programmable pulse generator. Measurement of the voltage applied to the reactor uses a rapid capacitance voltage divider near the reactor electrical input. All reactor currents were measured using a Pearson probe 13 with very low rise times.
Both of these probes transfer the recorded electrical data to a computer for further analysis.
y) Connected to a type 7200 digital oxyroscope. A gas phase process stream containing sample contaminants is introduced through inlet 15 and decomposition by-products are emitted from the wire 5 electrode directed to the stainless steel tube 3 electrode and entrained in a carrier gas passing through the reactor tube 1. Decomposes pollutants that have been generated.

【0052】汚染物質種の調節された導入を行う実験的
構成とパルスコロナリアクターからの汚染物質の分析を
以下に述べよう。水分をミラーネルソン相対湿度−温度
質量の流れ調節器を介して添加した。汚染物質気体(N
、CCl、SF、CFとC)をN
で1%もしくは100%の汚染物質であったガスシリ
ンダーから供給した。気泡装置を用いてC、CH
CClとCHClを供給した。前記気泡装置に
供給された気体はシリンダー入り圧縮空気とNであっ
た。付加ガスはAr、He、OとHを含んでいた。
汚染物質ガスを時々付加ガスと、直列ブルックス形式5
850E質量の流れ調節器で混合した。気体分析をMT
Iガッド400ガスクロマトグラフと、形式2221プ
ローブを備えたUTIクオリトレース(QualiTr
ace)質量分析器を用いて行った。
An experimental setup with controlled introduction of pollutant species and analysis of pollutants from a pulsed corona reactor will be described below. Moisture was added via Miller Nelson Relative Humidity-Temperature Mass Flow Controller. Pollutant gas (N
F 3 , CCl 2 F 2 , SF 6 , CF 4 and C 2 F 6 ) as N
2 was supplied from a gas cylinder which was 1% or 100% pollutant. C 7 H 8 , CH using bubble device
3 CCl 3 and CH 2 Cl 2 were fed. The gas supplied to the bubble device was compressed air in a cylinder and N 2 . The additional gas contained Ar, He, O 2 and H 2 .
Pollutant gas, sometimes with additional gas, in-line Brooks Type 5
Mixed with a flow controller of 850E mass. MT for gas analysis
I-GAD 400 Gas Chromatograph and UTI Qualitrace with Type 2221 Probe
ace) was performed using a mass spectrometer.

【0053】破壊されることになる汚染物質を含むキャ
リヤーガスが汚染物質の分解に有効の役割を演じている
ことがわかった。下記の表1と2は、汚染物質より、あ
るいは多数の汚染物質の場合は、優先的な汚染物質種よ
り高いポテンシャルをもつキャリヤーガスにより汚染物
質を搬送するプロセス流れの修正が有用であることを示
す。実験は制御され、キャリヤーガスを変えるだけの方
法で行われた。本発明はさらに、塩化メチレン(CH
Cl)の分解効率を35%の相対湿度の空気中で50
%から窒素中で99.9%以上に増大できた。この分子
に関連する最後の符号が質量分析器とガスクロマトグラ
フ双方における検出限度以下であることを示すため符号
より大きいものを分解速度に用いた。結果は化学反応性
の議論に基く直観に反している(すなわち、HClの一
部をなす水分がCHClなどの分解を速める)。
It has been found that the carrier gas containing the pollutants to be destroyed plays an effective role in the decomposition of the pollutants. Tables 1 and 2 below show that it may be useful to modify the process stream to carry contaminants with a carrier gas that has a higher potential than the contaminants, or in the case of multiple contaminants, the preferential contaminant species. Show. The experiments were controlled and performed in a way that simply changed the carrier gas. The present invention further provides methylene chloride (CH 2
Cl 2 ) decomposition efficiency of 50% in air with relative humidity of 35%
%, And could be increased to more than 99.9% in nitrogen. Greater than sign was used for the degradation rate to indicate that the last sign associated with this molecule was below the detection limit on both the mass spectrometer and the gas chromatograph. The results are counterintuitive based on the discussion of chemical reactivity (ie, water that forms part of HCl accelerates decomposition of CH 2 Cl 2, etc.).

【0054】[0054]

【表1】相対湿度が35%で、空気と窒素に水を加えた
中と、乾燥窒素に水素を加えた中でのNF分解効率。
パルスコロナリアクター蓄電コンデンサーのキャパシタ
ンスは680pFで、繰返し数は600Hzであった。 ──────────────────────────── キャリヤーガス NF分解効率 ───────────────────────────── 空気(80%N、20%O) 7% N+HO(35%RH) 41% 乾燥N+He 38% 乾燥N+H2 84% ─────────────────────────────
[Table 1] Decomposition efficiency of NF 3 in relative humidity of 35% in water with addition of air and nitrogen and in addition of hydrogen to dry nitrogen.
The capacitance of the pulse corona reactor storage capacitor was 680 pF and the repetition rate was 600 Hz. ──────────────────────────── Carrier gas NF 3 decomposition efficiency ───────────────── ───────────── Air (80% N 2 , 20% O 2 ) 7% N 2 + H 2 O (35% RH) 41% Dry N 2 + He 38% Dry N 2 + H2 84 % ─────────────────────────────

【0055】[0055]

【表2】窒素中と、窒素に水素を加えた中と、ヘリウム
に水素を加えた中でのCFの分解効率。パルスコロナ
リアクター蓄電コンデンサーのキャパシタンスは660
pFで繰返し数は500Hzであった。 ──────────────────── キャリヤーガス 分解効率 ──────────────────── N 2% N+H 4% H+H 32% ──────────────────── 表3はイオン化ポテンシャルと問題の気体に対する結合
解離エネルギーを示す。
[Table 2] Decomposition efficiency of CF 4 in nitrogen, in hydrogen added to nitrogen, and in hydrogen added to helium. Pulse corona reactor storage capacitor has a capacitance of 660
The repetition rate was 500 Hz at pF. ──────────────────── Carrier gas decomposition efficiency ──────────────────── N 2 2% N 2 + H 2 4% H e + H 2 32% ──────────────────── Table 3 shows the bond dissociation energy to gases and ionization potential problem.

【0056】[0056]

【表3】研究種に対するイオン化ポテンシャルと結合解
離エネルギー。[1994年ボカレレートンのCRCプ
レス刊、D.R.ライド(Lide)編集による“CR
Cハンドブック、オブ、ケミストリ、アンド、フィジッ
クス(CRC Handbook of Chemis
try and Physics)第75版と;196
3年5月米国政府商務省、ナショナル、テクニカル、イ
ンフォメーション、サービシィス刊、C.J.シェクス
ナイダー、ジュニア(Schexnayder,Jr)
の“テクニカルノートD−1791、タビュレーテッ
ド、ヴァリューズ、オブ、ボンド、ディソシエーショ
ン、エナージーズ、イオナイゼーションポテンシャル
ズ、アンド、エレクトロン、アフィニティーズ、フォ
ア、サム、モールキュールズ、ファウンド、イン、ハイ
テンパラチュア、ケミカル、リアクション(Tabul
ated values of bond disso
ciation energies,ionizati
on potentials,and electro
n affinities for some mol
ecules found in high−temp
erature chemical reaction
s)”から編集した]。
[Table 3] Ionization potential and bond dissociation energy for research species. [Published by CRC Press of Vocale Reton, 1994, D. R. "CR" edited by Ride
C Handbook, Of, Chemistry, And, Physics (CRC Handbook of Chemis
try and Physics) 75th Edition;
May 3rd, US Government Department of Commerce, National, Technical, Information, Service, C.I. J. Shek Snyder, Jr.
"Technical Note D-1791, Tabulated, Valued, Of, Bond, Dissociation, Energies, Ionization Potentials, And, Electron, Affinities, Fore, Sam, Molcures, Found, Inn, High Ten Parature , Chemical, reaction (Tabul
attended values of bond disso
Citation energy, ionizati
on potentials, and electro
n affinities for some mol
ecules found in high-temp
erature chemical reaction
s) ”edited].

【0057】 ──────────────────────────────────── 種 イオン化 結合解離エネルギー(eV) ポテンシャル(eV) ──────────────────────────────────── C 8.82 3.36 C 13.4 4.03乃至5.29 NH 10.52 4.42 CHCl 11.35 3.19乃至3.46 Cl 11.8乃至11.64 2.475 O 12.1乃至12.2 5.115 CCl 12.31 3.59最初のCl除去 4.79最初のF除去 HO 12.59乃至12.69 5.1 HCl 12.74乃至12.9 4.431 NF 12.91乃至13.2 2.47 H 15.4 4.476 N 15.6 9.762 F 15.7 1.609 HF 15.77乃至16.38 5.86 CF 17.8 5.25乃至5.65 SF 15.33 3.39乃至4.35 Ne 21.56 不適 He 24.58 不適 ──────────────────────────────────── 表1乃至表3に含まれたデータはコロナ放電が作用して
汚染物質の分解を促進する仕方を示しているものと考え
る。すなわち、放電により発生された高エネルギー電子
が気体分子に作用してイオン化もしくは解離させるかの
いずれかである。これは電子がキャリヤーガス分子と相
互に作用して反応性イオンを発生させ、それが汚染物質
種分子と相互に作用し破壊させる。ここで示された結果
は、キャリヤーガスの主成分がより高いイオン化ポテン
シャルをもっていてより高い分解効率を実現することを
暗示している。結合解離エネルギーが高ければ高いほ
ど、分子の分解が一層困難になる。これは1994年1
1月刊“セミコンダクターインターナショナル(Sem
iconductor Internationa
l)”第107乃至110頁のP.マローウリス(Ma
roulis)、J.ランガン(Langan)、A.
ジョンソン(Johnson)、R.リッジウェー(R
idgeway)およびH.ウイザーズ(Wither
s)による“PFCアンド、ザ、セミコンダクター、イ
ンダストリー(PFCs and theSemico
nductor Industry):ア、クローザ
ー、ルック(A Closer Look)”により述
べられ、PFCの分解の容易性がNF>C>S
>CFの順になる。これを克服するにはより高エ
ネルギーの電子を用いる必要がある。これは典型的例と
して本装置に送出されるピーク電圧を増圧させて達成で
きる。反応性ガスの添加も重要である。気体流れに水素
(H)を添加すると、PFCの場合はHFを生成さ
せ、またCFCの場合はHFもしくはHClを生成させ
る。これを本発明のパルスコロナリアクターでこれらの
気体を用いる質量分光測定実験で実証した。そのうえ、
前記PFCとCFCの場合、電子に対する親和性をもつ
すべての他の気体原料を除去する必要がある。本発明の
実験ではHOとOをキャリヤーガスから除去して、
分解効率に著しい改善を見た。酸素、弗素と塩素がプラ
ズマ状態で陰イオンをつくることは周知である。これは
これらの種がもつ負の性質のためである。HO乃至O
をキャリヤーガス流れから除去することで、若干の高
エネルギー電子の吸込みが事実上除去される。このよう
にして、これらの他の負の(すなわち、陰イオン生成
の)種を除去することで、放電によりできた電子と汚染
物質種の間の反応がますます起り得る。
──────────────────────────────────── seed ionization bond dissociation energy (eV) potential (eV ) ──────────────────────────────────── C 7 H 8 8.82 3.36 C 2 F 6 13.4 4.03 to 5.29 NH 3 10.52 4.42 CH 2 Cl 2 11.35 3.19 to 3.46 Cl 2 11.8 to 11.64 2.475 O 2 12.1 To 12.2 5.115 CCl 2 F 2 12.31 3.59 first Cl removal 4.79 first F removal H 2 O 12.59 to 12.69 5.1 HCl 12.74 to 12.9 4 .431 NF 3 12.91 to 13.2 2.47 H 2 15.4 4.476 N 2 15.6 9.762 F 2 15.7 1.609 HF 15.77 to 16.38 5.86 CF 4 17.8 5.25 to 5.65 SF 6 15.33 3.39 to 4.35 Ne 21.56 Not suitable He 24. 58 N / A ──────────────────────────────────── The data included in Tables 1 to 3 are coronas. It is considered that it shows how the discharge acts to accelerate the decomposition of pollutants. That is, the high-energy electrons generated by the discharge act on the gas molecules to either ionize or dissociate them. This causes the electrons to interact with the carrier gas molecules to generate reactive ions which interact with and destroy the contaminant species molecules. The results presented here imply that the main component of the carrier gas has a higher ionization potential and thus a higher decomposition efficiency. The higher the bond dissociation energy, the more difficult the molecule is to decompose. This is 1994 1
January monthly “Semiconductor International (Sem
iconductor Internationala
l) "P. Mallouris (Ma), pages 107-110.
roulis), J. Langan, A .;
Johnson, R.A. Ridgeway (R
idway) and H.W. Wizards
s) by "PFC and the Semiconductor, Industry (PFCs and the Semico
nector Industry: A Closer Look ”and the ease of PFC degradation is NF 3 > C 2 F 6 > S.
The order is F 6 > CF 4 . To overcome this, it is necessary to use higher energy electrons. This is typically accomplished by boosting the peak voltage delivered to the device. Addition of reactive gas is also important. Addition of hydrogen (H 2 ) to the gas stream produces HF in the case of PFC and HF or HCl in the case of CFC. This was demonstrated in a mass spectrometry experiment using these gases in the pulse corona reactor of the present invention. Besides,
In the case of PFC and CFC, it is necessary to remove all other gaseous feedstocks that have an affinity for electrons. In the experiments of the present invention, H 2 O and O 2 were removed from the carrier gas,
We saw a significant improvement in decomposition efficiency. It is well known that oxygen, fluorine and chlorine form negative ions in the plasma state. This is due to the negative nature of these species. H 2 O to O
Removing 2 from the carrier gas stream virtually eliminates some high energy electron absorption. Thus, by removing these other negative (ie, anionogenic) species, reactions between the electrons produced by the discharge and the contaminant species can increasingly occur.

【0058】パルスコロナリアクター操作の制御、従っ
て高エネルギー電子の生成を制御するパラメーターは繰
返し数(もしくはパルス数)とスパークギャップ圧力を
含む。前記繰返し数は電子の流線の最初の群が起った
後、次の流線の群が起り始めるまでの間隔を調節する。
スパークギャップ圧力はギャップ間隔調節と共にギャッ
プの放電破壊電圧を制御する。これらのパラメーターの
制御によりピーク電圧を調節できる。図2はNF分解
効率の結果を繰返し数の関数として示す。異なるギャッ
プ圧力のデータを示す。すなわち80、110と11
9.5psiaである。データを実験で用いられた特定
の装置を用いて達成できるパルス数(Hz)を用いて生
成する。データは他の装置と装置配置に関連させ得るエ
ネルギー等価で表現できる。このデータを下記の表4に
示す。
Parameters that control the operation of the pulsed corona reactor, and thus the production of high energy electrons, include the repetition rate (or pulse number) and spark gap pressure. The number of repetitions controls the interval between the start of the first group of electron streamlines and the start of the next group of streamlines.
The spark gap pressure controls the gap breakdown voltage as well as the gap breakdown voltage. The peak voltage can be adjusted by controlling these parameters. FIG. 2 shows the results of NF 3 decomposition efficiency as a function of number of repetitions. Data for different gap pressures are shown. Ie 80, 110 and 11
It is 9.5 psia. The data is generated using the number of pulses (Hz) that can be achieved with the particular equipment used in the experiment. Data can be expressed in terms of energy equivalents that can be related to other devices and device configurations. This data is shown in Table 4 below.

【0059】[0059]

【表4】図2に示され、またエネルギー利用に関しジュ
ール/lの単位に規格化したNFの分解効率。種々の
操作パラメーターと得られたNF分解効率と、この分
解に必要なエネルギー密度を示す。これらの結果は、4
43ppmvのH、233ppmvのNFを10.
2slpmの流量で前記10チューブPCRを通した窒
素キャリヤーに対するものである。ピーク電圧は25か
ら35kVに変動する。各リアクターチューブは内径が
0.9インチ(約2.29cm)あり、また中心電線は
直径が0.020インチ(約0.0051cm)あっ
た。電流のパルス幅は50ナノ秒で、蓄電コンデンサー
は380pFであった。 ──────────────────────────────────── パルス数 Hスパークギャップ 破壊されたNF エネルギー密度 (Hz) 圧力 (psia) (%) (ジュール/l) ──────────────────────────────────── 100 80 17 60± 6 200 80 33 ±5 158± 16 500 80 64.7±2.3 360± 40 1000 80 88 ±4 640± 60 1000 110 92 ±4 840± 80 1000 119.5 96.1±0.28 1080±100 1176 110 94.6±2.2 880± 90 1540 110 97 ±1.0 910± 90 ──────────────────────────────────── スパークギャップ圧力の関数としてのNF分解を10
00Hzのパルス数に対して示す。これらの実験のその
他の条件は233ppmvのNFと430ppmvの
を10slpmの流量で380pF蓄電コンデンサ
ーを備える10チューブパルスコロナリアクターを通し
て流した窒素のキャリヤーである。このデータは分解効
率はより高い繰返し数とより高いスパークギャップ圧力
(ピーク電圧)に上げることで増大する。
[Table 4] Decomposition efficiency of NF 3 shown in Fig. 2 and normalized to Joule / l for energy utilization. The various operating parameters, the obtained NF 3 decomposition efficiency and the energy density required for this decomposition are shown. These results are 4
43 ppmv H 2 , 233 ppmv NF 3 10.
For nitrogen carrier through the 10-tube PCR at a flow rate of 2 slpm. The peak voltage varies from 25 to 35 kV. Each reactor tube had an inner diameter of 0.9 inches (about 2.29 cm) and the center wire had a diameter of 0.020 inches (about 0.0051 cm). The current pulse width was 50 nanoseconds and the storage capacitor was 380 pF. ──────────────────────────────────── Number of pulses H 2 Spark gap Destructed NF 3 energy density ( Hz) Pressure (psia) (%) (joule / l) ───────────────────────────────────── 100 80 17 60 ± 6 200 80 33 ± 5 158 ± 16 500 808 64.7 ± 2.3 360 ± 40 1000 1000 80 88 ± 4 640 ± 60 1000 110 110 92 ± 4 840 ± 80 1000 119.5 96.1 ± 0.28 1080 ± 100 1176 110 94.6 ± 2.2 880 ± 90 1540 110 97 ± 1.0 910 ± 90 ─────────────────────── ────────────── NF as a function of the spark gap pressure Decomposition 10
Shown for a pulse number of 00 Hz. The other condition of these experiments is a carrier of nitrogen which was run through 233 ppmv NF 3 and 430 ppmv H 2 at a flow rate of 10 slpm through a 10 tube pulse corona reactor equipped with a 380 pF storage capacitor. This data shows that the decomposition efficiency increases with higher repetition rate and higher spark gap pressure (peak voltage).

【0060】表5は前記10チューブパルスコロナリア
クターで本実験中に達成できた分解効率を列挙する。こ
れらの分解効率のどれもが本実験中に最適化できなかっ
た。これらの汚染物質での全研究をHeで行ったCF
の研究を例として窒素キャリヤーで行った。等量のO
がCを用いる研究に常に存在し、またOをCF
に8%のCFの濃度で常に添加した。これをプラズ
マ強化化学蒸着(PECVD)リアクターからの実際の
汚染物質をシミュレートして行った。酸素も前記SF
の周囲に加えられ、分解効率をSF中の最高ほぼ等量
の酸素になるまで実際増大させることがわかった。この
作用はSO形種の生成のためである。しかしなが
ら、SFが典型的例として極微量にすぎないので、酸
素の含有量がキャリヤーガスと汚染物質混合物の21容
量%に達することはない。典型的例として酸素は2容量
%以下となることである。表5に示された分解効率は、
パルスコロナリアクターが同一の作業条件下でこれらの
種を破壊する時点における有効度の並行比較を反映して
いない。本発明の特別技術条件で操作されたパルスコロ
ナリアクターは先行技術の方法に比較して極めて高いレ
ベルにこれらの分子を破壊できる。実際に、分解効率は
報告された先行技術の分解技術を上回り改善され、本発
明の方法によるいくつかの分子の分解は分析装置の検出
限度を上回るものであった。
Table 5 lists the decomposition efficiencies that could be achieved during this experiment with the 10 tube pulse corona reactor. None of these degradation efficiencies could be optimized during this experiment. All studies on these pollutants were carried out with He CF 4
As an example, a nitrogen carrier was used. Equal amount of O 2
There always exists studies using C 2 F 6, also the O 2 CF
4 was always added at a concentration of 8% CF 4 . This was done by simulating real contaminants from a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) reactor. Oxygen is also the above SF 6
It has been found to be added to the surroundings of and to actually increase the decomposition efficiency up to about the almost equivalent amount of oxygen in SF 6 . This effect is due to the production of SO x F y type species. However, the oxygen content does not reach 21% by volume of the carrier gas and pollutant mixture, since SF 6 is typically only traces. As a typical example, oxygen is 2% by volume or less. The decomposition efficiency shown in Table 5 is
It does not reflect a parallel comparison of efficacy at the time the pulse corona reactor destroys these species under identical operating conditions. A pulsed corona reactor operated under the special technical conditions of the present invention is capable of destroying these molecules to very high levels compared to prior art methods. In fact, the degradation efficiency was improved over the reported prior art degradation techniques and the degradation of some molecules by the method of the invention was above the detection limit of the analytical instrument.

【0061】[0061]

【表5】この研究で用いられた10チューブパルスコロ
ナリアクターで達成された分解効率 ─────────────────────────── 分 子 分 解 効 率 ─────────────────────────── NF >99.9% C(50%O) 32% SF 72% CF(8%O) 32% CCl 85% C >99.9% CHCl >99.9% CHCCl >99.9% ─────────────────────────── 工業用設置において上述の分子の破壊にパルスコロナリ
アクターを使用する可能性のある配置は次の通りであ
る。真空ならびに大気圧双方が考えられる。付加ガス
(H、NH、NおよびCH)を気体流れに
添加してからリアクターの真中か、あるいは廃棄物の中
に挿入できる。最後の2つの付加位置は非イオン化付加
ガスとプラズマ発生種との反応を可能にする。真中の位
置は前記プラズマ発生種と非イオン化種と反応させてか
ら第2のプラズマ室に入れる。上述のように、PFCと
CFCがHの共存で分解するとHFとHClを生成す
る。NHを用いても、これらの種も窒素の生成と共に
生成する。HFとHClの双方とも水に可溶性で、従っ
て、リアクターの廃棄物から湿式スクラバーを介して清
浄できる。パルスコロナリアクター内での反応のこれら
の副生成物も固形物、例えばソーダ石灰もしくはソーダ
ソーブ(R) (Sodasorb(R) )材料を用いる乾式
法により清浄できる。極低温回収も前記副生成物の閉じ
込めに用いて最終再循環させることができる。
[Table 5] Decomposition efficiency achieved with the 10-tube pulse corona reactor used in this study ─────────────────────────── Decomposition efficiency ─────────────────────────── NF 3 > 99.9% C 2 F 6 (50% O 2 ) 32% SF 6 72% CF 4 (8% O 2 ) 32% CCl 2 F 2 85% C 7 H 8 > 99.9% CH 2 Cl 2 > 99.9% CH 3 CCl 3 > 99.9% ─── ──────────────────────── The following are possible arrangements for using the pulse corona reactor to destroy the above-mentioned molecules in an industrial installation. is there. Both vacuum and atmospheric pressure are possible. The additional gas (H 2, NH 3, N 2 H 4 and CH 4) or the middle of the reactor from the addition to the gas flow, or can be inserted into the waste. The last two addition positions allow the reaction of the non-ionized addition gas with the plasma generating species. The middle position is allowed to react with the plasma generating species and non-ionizing species before entering the second plasma chamber. As described above, when PFC and CFC decompose in the coexistence of H 2 , HF and HCl are produced. Even with NH 3 , these species also form with the production of nitrogen. Both HF and HCl are soluble in water and therefore can be cleaned from reactor waste via a wet scrubber. These by-products of the reaction at a pulse coronavirus reactor also solid, for example, soda lime or Sodasobu (R) (Sodasorb (R) ) material can cleaned by a dry method using a. Cryogenic recovery can also be used to confine the by-products for final recycling.

【0062】[0062]

【発明の効果】【The invention's effect】

【0063】本発明は典型的電子産業汚染物質例えばP
FC、CFCならびにVOCの劇的分解の提供に示され
た。分解されることになる汚染物質より高いイオン化ポ
テンシャルをもつキャリヤーガスの使用はコロナ放電の
先行技術では示唆されていないし、これがこれらの劇的
分解改善を提供する。
The present invention is a typical electronic industry pollutant such as P
It has been shown to provide dramatic degradation of FC, CFC as well as VOC. The use of a carrier gas with a higher ionization potential than the pollutants to be decomposed has not been suggested in the prior art for corona discharges, which provides these dramatic decomposition improvements.

【0064】例えば、上に引用したようにM.G.グロ
ザウス(Grothaus)ほかは32%のトルエン、
10%のジクロロメタンと4%のジクロロフルオロメタ
ンの周囲空気中の分解を報告した。そのさらなる報告
((1994年の“ザ、ファースト、インターナショナ
ル、コンファレンス、オン、アドヴァンスド、オキシデ
ーション、テクノロジーズ、フォア、ウォーター、アン
ド、エア、リメディエーション(The First
International Conferenceo
n Advanced Oxidation Tech
nologiesfor Water and Air
Remediation)で提出されたM.G.グロ
ーザウス(Grothaus)、R.A.コルツェクッ
(Korzekwa)、R.K.ハッチャーソン(Hu
tcherson)、B.P.ブラウン(Brow
n)、R.L.エンゲルス(Engels)、S.ベッ
ク(Beck)、R.リッジウェイ(Ridgewa
y)、R.パース(Pearce)、S−Y.リン(L
ynn)とM.A.ジョージ(George)の“キャ
ラクタライゼーション、オブ、ア、パルスド、コロナ、
リアクター、フォア、デストラクション、オブ、ハザー
ダス、ガスイス(Characterizationo
f a Pulsed Corona Reactor
for Destruction of Hazar
dous Gases”))は、それぞれ93%、30%
と20%の分解効率を示した。対照的に、本発明は以下
に示す分子の分解効率、すなわち、トルエン99.9%
以上、ジクロロメタン99.9%以上、そしてジクロロ
ジフルオロメタン85%の分解効率をもつ。
For example, as cited above, M. G. 32% toluene, other than Grothaus,
Decomposition of 10% dichloromethane and 4% dichlorofluoromethane in ambient air was reported. Further report
((1994, The First, International, Conference, On, Advanced, Oxidation, Technologies, Fore, Water, And, Air, Remediation (The First
International Conference
n Advanced Oxidation Tech
nologiesfor Water and Air
Remediation). G. Grothaus, R.A. A. Korzekwa, R.A. K. Hutcherson (Hu
tcherson), B.I. P. Brown
n), R.N. L. Engels, S.M. Beck, R.A. Ridgeway
y), R.Y. Pearce, S-Y. Phosphorus (L
ynn) and M.M. A. George's "Characterization, Ob, A, Pulsed, Corona,
Reactor, Fore, Destruction, Of, Hazardas, Gas Chair (Characterizationo)
fa Pulsed Corona Reactor
for Destruction of Hazar
dough Gases ”)) are 93% and 30% respectively
And showed a decomposition efficiency of 20%. In contrast, the present invention provides the following molecular decomposition efficiencies: toluene 99.9%.
As described above, it has a decomposition efficiency of 99.9% or more of dichloromethane and 85% of dichlorodifluoromethane.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に用いられたパルスコロナリアクターの
単一リアクターチューブの横断面である。
FIG. 1 is a cross section of a single reactor tube of a pulse corona reactor used in the present invention.

【図2】80、110と119.5psiaのスパーク
ギャップ圧力でヘルツで示す繰返し数の関数としてのN
分解効率を示す図である。
Figure 2 N as a function of repetition rate in Hertz at spark gap pressures of 80, 110 and 119.5 psia.
It is a diagram showing a F 3 decomposition efficiency.

【図3】1kHzでのpsiaで示したスパークギャッ
プ圧力の関数としてのNF分解効率を示す図である。
FIG. 3 shows NF 3 decomposition efficiency as a function of spark gap pressure in psia at 1 kHz.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 リアクター 3 円筒状ステンレス鋼チューブ 5 ステンレス鋼線 7 引張りねじ 8、10 封止装置 9 定電流電源 11 容量分圧器 13 パーソンプローブ 15 入口 17 出口 1 Reactor 3 Cylindrical Stainless Steel Tube 5 Stainless Steel Wire 7 Tensile Screw 8, 10 Sealing Device 9 Constant Current Power Supply 11 Capacitive Voltage Divider 13 Person Probe 15 Inlet 17 Outlet

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラッセル.ピー.ブラウン アメリカ合衆国.22443.バージニア州. コロニアル.ビーチ.バンクロフト.アベ ニュー.1025 (72)発明者 マーク.アレン.ジョージ アメリカ合衆国.18101.ペンシルバニア 州.アレンタウン.ノース.ツウェルフ ス.ストリート.23 (72)発明者 マイケル.グレン.グローサス アメリカ合衆国.78006.テキサス州.ボ ーン.フレイ.ストリート.206 (72)発明者 レジナルド.ケニス.ハッチャーソン アメリカ合衆国.20904.メリーランド州. シルバースプリングス.アパートメント. 202.ゲールスヘッド.マノワ.ウェイ. 3418 (72)発明者 リチャード.エー.コーズワク アメリカ合衆国.87544.ニューメキシコ 州.ロス.アラモス.エー.44.ストリー ト.2141 (72)発明者 リチャード.ビンセント.ペアス アメリカ合衆国.18974.ペンシルバニア 州.ワーミンスター.エー.ネモラル.ス トリート.535 (72)発明者 ロバート.ゴードン.リッヂウェイ アメリカ合衆国.18951.ペンシルバニア 州.クエカータウン.クローバー.ミル. ロード.2002 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Russell. Pee. Brown United States. 22443. Virginia. Colonial. Beach. Bancroft. Avenue. 1025 (72) Inventor Mark. Allen. George United States. 18101. Pennsylvania. Allentown. North. Twelve. Street. 23 (72) Inventor Michael. Glen. Grosas United States. 78006. Texas. Bone. Frey. Street. 206 (72) Inventor Reginald. Kennis. Hutcherson United States. 20904. Maryland. Silver Springs. Apartment. 202. Gales Head. Manois. Way. 3418 (72) Inventor Richard. A. Causewak United States. 87544. New Mexico. Loss. Alamos. A. 44. Street. 2141 (72) Inventor Richard. Vincent. Pairs United States. 18974. Pennsylvania. Warminster. A. Nemoral. Street. 535 (72) Inventor Robert. Gordon. Ridgeway United States. 18951. Pennsylvania. Quakertown. Clover. Mill. Road. 2002

Claims (23)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 コロナ放電を用いて気相プロセス流れか
らの汚染物質の分解法であって、 a)前記汚染物質と、分解されることになる汚染物質の
優先種より高いイオン化ポテンシャルをもつキャリヤー
ガスとを含む前記気相プロセス流れを供給する工程と; b)前記気相プロセス流れの酸素含有量を21容量%以
下に維持する工程と; c)前記気相プロセス流れをコロナの放電に暴露して前
記気相プロセス流れで破壊し、前記汚染物質からの分解
副生成物をつくる工程と; d)前記分解副生成物を処分する工程と; からなる汚染物質の分解法。
1. A method of decomposing pollutants from a gas phase process stream using a corona discharge, comprising: a) a carrier having a higher ionization potential than the contaminant and the preferred species of the contaminant to be decomposed. Providing said gas phase process stream comprising gas; b) maintaining an oxygen content of said gas phase process stream below 21% by volume; c) exposing said gas phase process stream to a corona discharge. And then destroying in the gas phase process stream to produce a decomposition by-product from the contaminant; d) disposing the decomposition by-product;
【請求項2】 前記気相プロセス流れと水素を前記気相
プロセス流れ中で、前記汚染物の1乃至20,000p
pmvの範囲で混合することを特徴とする請求項1記載
の方法。
2. The vapor phase process stream and hydrogen in the vapor phase process stream in an amount of 1 to 20,000 p of the contaminant.
The method according to claim 1, wherein the mixing is performed in the range of pmv.
【請求項3】 前記気相プロセス流れとアンモニアを前
記プロセス流れ中で、前記汚染物の1乃至20,000
ppmvの範囲で混合することを特徴とする請求項1記
載の方法。
3. The vapor phase process stream and ammonia in the process stream from 1 to 20,000 of the contaminants.
The method according to claim 1, wherein the mixing is performed in the range of ppmv.
【請求項4】 前記気相プロセス流れが事実上自由分子
酸素をもたないことを特徴とする請求項1記載の方法。
4. The method of claim 1, wherein the gas phase process stream is substantially free of free molecular oxygen.
【請求項5】 前記気相プロセス流れが事実上自由分子
酸素をもたないことを特徴とする請求項1記載の方法。
5. The method of claim 1, wherein the gas phase process stream is substantially free of free molecular oxygen.
【請求項6】 前記コロナをパルスコロナリアクターで
発生させることを特徴とする請求項1記載の方法。
6. The method of claim 1, wherein the corona is generated in a pulsed corona reactor.
【請求項7】 前記コロナが事実上高エネルギー電子の
流線からなることを特徴とする請求項1記載の方法。
7. The method of claim 1, wherein the corona comprises streamlines of high energy electrons.
【請求項8】 前記キャリヤーガスが窒素、ヘリウム、
ネオン、アルゴンまたはこれら混合物からなることを特
徴とする請求項1記載の方法。
8. The carrier gas is nitrogen, helium,
The method of claim 1 comprising neon, argon or a mixture thereof.
【請求項9】 前記汚染物質がNF、SF、C
、CF、CHF、C、CCl、C
、CHCl、CHCClまたはこれら混合
物からなることを特徴とする請求項1記載の方法。
9. The contaminants are NF 3 , SF 6 , C 2 F.
6 , CF 4 , CHF 3 , C 3 F 8 , CCl 2 F 2 , C 7
H 8, CH 2 Cl 2, CH 3 CCl 3 or method according to claim 1, characterized by comprising a mixtures thereof.
【請求項10】 前記キャリヤーガスを前記気相プロセ
ス流れに添加することを特徴とする請求項1記載の方
法。
10. The method of claim 1, wherein the carrier gas is added to the gas phase process stream.
【請求項11】 前記汚染物の濃度がほぼ1ppmv乃
至50,000ppmvの範囲にあることを特徴とする
請求項1記載の方法。
11. The method of claim 1, wherein the contaminant concentration is in the range of approximately 1 ppmv to 50,000 ppmv.
【請求項12】 前記パルスコロナリアクターをほぼ1
Hz乃至10kHzの繰返し数のパルスにすることを特
徴とする請求項6記載の方法。
12. The pulse corona reactor has approximately 1
7. The method according to claim 6, wherein the pulse has a repetition rate of Hz to 10 kHz.
【請求項13】 前記コロナ放電がほぼ50乃至500
ナノ秒FWHMの範囲のパルス幅をもつことを特徴とす
る請求項6記載の方法。
13. The corona discharge is approximately 50 to 500.
7. The method of claim 6 having a pulse width in the nanosecond FWHM range.
【請求項14】 前記コロナ放電がほぼ1乃至45kV
のピーク電圧をもつことを特徴とする請求項6記載の方
法。
14. The corona discharge is approximately 1 to 45 kV.
7. The method of claim 6, having a peak voltage of.
【請求項15】 前記パルスコロナリアクターがほぼ1
4.7乃至200psiaのスパークギャップ圧力をも
つことを特徴とする請求項6記載の方法。
15. The pulse corona reactor has approximately 1
7. The method of claim 6 having a spark gap pressure of 4.7 to 200 psia.
【請求項16】 前記コロナが無音放電リアクター、交
流充填層リアクター、ポイント−プレーンリアクター、
ポイント−ポイントリアクター、毛管管リアクター、電
子ビームリアクターまたはコロナトーチリアクターから
なることを特徴とする請求項1記載の方法。
16. The corona is a silent discharge reactor, an AC packed bed reactor, a point-plane reactor,
The method of claim 1 comprising a point-to-point reactor, a capillary reactor, an electron beam reactor or a corona torch reactor.
【請求項17】 パルスコロナ放電を用いて気相プロセ
ス流れからのハロゲン化汚染物質の分解法であって、 a)前記ハロゲン化汚染物質と、分解されることになる
前記ハロゲン化汚染物質より高いイオン化ポテンシャル
をもち、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴンまたはこれ
ら混合物からなるキャリヤーガスを含む前記気相プロセ
ス流れを供給する工程と; b)前記気相プロセス流れの酸素と水の含有量をそれぞ
れ2容量%以下の酸素と同じく2%容量以下の水に維持
する工程と; c)遊離基清浄剤としての水素の原料を前記気相プロセ
ス流れに添加する工程と; d)前記気相プロセス流れと前記水素の原料をプラズマ
コロナ放電に暴露して、前記気相プロセス流れに遊離基
を発生させ、前記汚染物質を副生成物に分解する工程
と; e)前記分解副生成物を処分する工程と; からなる分解法。
17. A method of decomposing halogenated pollutants from a gas phase process stream using pulsed corona discharge, comprising: a) the halogenated pollutants and higher than the halogenated pollutants to be decomposed. Supplying said gas phase process stream with a carrier gas having an ionization potential and comprising nitrogen, helium, neon, argon or mixtures thereof; b) oxygen and water contents of said gas phase process stream each being 2 volumes. % And less than 2% by volume of water as well as: c) adding a source of hydrogen as a free radical detergent to the gas phase process stream; d) the gas phase process stream and the gas phase process stream; Exposing a source of hydrogen to a plasma corona discharge to generate free radicals in the gas phase process stream to decompose the contaminants into by-products; e). Decomposition method consisting of: process and to dispose of the serial decomposition by-products.
【請求項18】 前記水素の原料を水素、アンモニア、
ヒドラジン、メタンまたはこれら混合物からなることを
特徴とする請求項17記載の方法。
18. The hydrogen source is hydrogen, ammonia,
18. The method of claim 17, comprising hydrazine, methane or a mixture thereof.
【請求項19】 前記ハロゲン化汚染物質が四弗化炭素
であり、また前記キャリヤーガスがヘリウムであること
を特徴とする請求項17記載の方法。
19. The method of claim 17, wherein the halogenated contaminant is carbon tetrafluoride and the carrier gas is helium.
【請求項20】 前記ハロゲン化汚染物質が三弗化窒素
であり、前記キャリヤーガスが窒素であり、また水素が
遊離基清浄剤の原料として共存することを特徴とする請
求項17記載の方法。
20. The method of claim 17, wherein the halogenated contaminant is nitrogen trifluoride, the carrier gas is nitrogen, and hydrogen coexists as a source of the free radical detergent.
【請求項21】 前記ハロゲン化汚染物質がペルフルオ
ロエタンであり、また前記キャリヤーガスが窒素である
ことを特徴とする請求項17記載の方法。
21. The method of claim 17, wherein the halogenated contaminant is perfluoroethane and the carrier gas is nitrogen.
【請求項22】 前記ハロゲン化汚染物質が六弗化硫黄
であり、また前記キャリヤーガスが窒素であることを特
徴とする請求項17記載の方法。
22. The method of claim 17, wherein the halogenated contaminant is sulfur hexafluoride and the carrier gas is nitrogen.
【請求項23】 前記気相プロセス流れに前記六弗化硫
黄と等量であるが、2容量以下の酸素を保持することを
特徴とする請求項22記載の方法。
23. The method of claim 22, wherein the vapor phase process stream retains an equal amount of oxygen but not more than 2 volumes of oxygen.
JP8141086A 1995-05-15 1996-05-10 Decomposition of noxious gas by corona formation reactor Pending JPH08323147A (en)

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