JPH08501248A - 気体状のハロカーボンの分解方法 - Google Patents

気体状のハロカーボンの分解方法

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JPH08501248A JP6507500A JP50750094A JPH08501248A JP H08501248 A JPH08501248 A JP H08501248A JP 6507500 A JP6507500 A JP 6507500A JP 50750094 A JP50750094 A JP 50750094A JP H08501248 A JPH08501248 A JP H08501248A
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Abstract

(57)【要約】 約５００℃と約７００℃の間の温度、好ましくは約６００℃で気体状のハロカーボンを完全に分解する方法。気体状のハロカーボンは、反応管（１３）に入る前に最初に蒸発管（１４）を通過しても良い。反応管と蒸発管はセラミック繊維のヒーター（１５と１６）によって加熱される。温度はヒーターの中に挿入された熱電対によって監視され制御される。ガスの流れは二つの流量計を用いて監視される。気体状のハロカーボンを分解する此のシステムは、ハロカーボンと酸素を混合し、混合物の温度をガスから全てのハロカーボンを除去するに足る時間６００℃に保つ利点を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 気体状のハロカーボンの分解方法 発明の背景発明の分野 此の発明は、一般に気体状のハロカーボンの分解方法に関し、更に詳しくは、 約６００℃の温度においてガスの気流の中でハロカーボンを完全に分解する方法 に関する。従来の技術の説明 各種のハロカーボンのガスが普通の商業的なプロセスの中で製造される。従来 の技術では、此れらの廃ガスを環境的により温和な生成物に熱分解するために、 １２００℃程度の温度またはそれ以上の温度で燃焼することが知られている。生 憎と、此れらの従来技術のプロセスに必要とされる高い温度が従来技術の方法の 商業的な適用性を減少し、多くの商業的な適用でそれらの方法の使用を排除して いる。 最近、各種の要因が排気ガスの気流から全てのハロカーボンを除去する望まし さを増加した。或る場合には、ハロカーボン放出物を作り出すコストが増加した が、一方、他の場合にはそのような放出は全く禁止されている。従って、排気ガ スの気流中にある気体状のハロカーボンを、気流中にハロカーボンが残らないよ うに分解する方法に対するニーズが残った。本発明は此のニーズに取り組む。発明の要約 此の発明を簡単に記述すると、気体状のハロカーボンを約６００℃の温度で完 全に分解する方法が提供される。此の発明の一つの局面では、ハロカーボンの気 体は酸素と混合され、気体から全てのハロカーボンを除去するために６００℃に 加熱される。好ましい具体例では、ＣＦ4と酸素は１:２のモル比で混合され、気 体から全てのフルオロカーボンを除去するために６００℃に加熱される。別の具 体例ではＣＣｌ4は、ＣＣｌ4を含むガスを酸素と１:７のモル比に混合し、混合 物を６００℃に加熱することによってガスから完全に除去される。 本発明の一つの目的は、ガスから全てのハロカーボンを完全に除去するために 約６００℃の温度で気体状のハロカーボンを分解する方法を提供することである 。 本発明の更に別の目的と有利な点は以下の記述から明らかになるだろう。図面の簡単な説明 図１は一つの好ましい具体例に従って本発明の方法を試験するために用いられ る一つの装置の略図的な流れ図である。 図２は一つの好ましい具体例に従って本発明の方法を試験するために用いられ る第二の装置の略図的な流れ図である。好ましい実施態様の記述 本発明の原理の理解を促進する目的で、好ましい具体例への参照が今や為され 、参照を記述するために特定の用語が使用されるだろう。しかし、それによって 発明の範囲を限定するつもりはなく、方法におけるそのような変更とそれ以上の 修飾、及び発明の原理の更なるそのような適用は、発明が関係する当該技術に熟 練した者には普通に起こり得るものと考えられることが理解されるだろう。 此の発明は気体状のハロカーボンを約６００℃の温度で完全に分解する方法に 関する。発明の一つの局面では、気体状のハロカーボンは全てのハロカーボンを 除去するのに効果的な量の酸素と接触させられ、混合物は約５００℃と約７００ ℃の間の温度に加熱される。 本発明の気体状のハロカーボンは１個から約６個の間の炭素原子を主鎖の中に 持つ低級のハロカーボンである。ハロカーボンは一つ又は一つ以上のハロゲン、 即ち、塩素、臭素、弗素または沃素の単独または組み合わせで置換されている。 更に炭素原子の任意の一つ又は一つ以上がハロゲン化されても良い。本発明の方 法によって分解される典型的なハロカーボンの例は、ＣＦ4、ＣＨＦ3、ＣＣｌ4 、ＣＨＣｌ3、ＣＦ3Ｂrなどである。 本発明のハロカーボンは水素原子を含んでも含まなくても良い。発明の此の記 述の中で、述語“ハロカーボン”は化合物中に水素原子が存在する存在しないに 拘わらず上述したように一つ又は一つ以上の炭素原子に結合した一つ又は一つ以 上のハロゲン原子を有する化合物を含むことを意図している。従って、此れらの 化合物はハロゲン、炭素そして多分同じく水素から成る。 気体状のハロカーボンと接触させるのに使われる酸素は、純粋なＯ2または空 気などの気体の中に存在する酸素のいずれであっても良い。全ての具体例の中で 、与えられる酸素の量は少なくとも化学量論的当量である。好ましい具体例では 、分解のために存在する酸素とハロカーボンのモル比は約１.５：１から約１０ ：１の間にある。精確なモル比は分解されるハロゲン化化合物、反応温度、接触 時間、流量および当該技術に熟練した人によって認められるような他の反応パラ メーターに依存する。ハロカーボンガスに対する酸素の精確な比率は、如何なる 商業的な応用に対しても不相応な実験を行うこと無しに決定することができる。 本発明のプロセスでは、酸素とハロカーボンは約５秒から約６０秒又はそれ以 上の間の時間にわたり加熱される。精確な接触時間は、分解されるハロカーボン 、反応に使われる温度などに依存することを認識すべきである。接触時間などの パラメーターは、不相応な実験をすること無しに当該技術に熟練した人によって 特定の商業的プロセスに対して最適化することができる。 本発明に用いられるハロカーボンガスは唯一種類のみのハロカーボン又はハロ カーボンの混合物を含んでも良い。接触時間、反応時間および酸素に対するハロ カーボンの比率は、不相応な実験をすること無しに当該技術に熟練した人によっ て特定の適用に対して調節することができる。 扠、上記のプロセスを用いて特定の実施例を参照しよう。此れらの実施例は好 ましい具体例をより完全に記述し説明するために与えられるものであって、それ によって発明の範囲又は幅を限定することを意図しないことを理解すべきである 。実験の手順 図１に一つの実験装置が示される。ハロカーボンの廃ガス１１とＯ2１２は、 長さ４８インチｘ内径１/２インチのインコネル６００製の反応管１３に添加さ れる。廃ガス１１は反応管１３に入る前に蒸発管１４を最初に通過する。現在ま での実験では、蒸発管１４は長さ１２インチｘ内径１/２インチのインコネル‐ ６００製の管であった。反応管と蒸発管は、それぞれセラミック繊維のヒーター １５と１６によって加熱された。ヒーターの中に挿入された熱電対によって温度 を監視し、制御した。ガスの流れは、両方とも石鹸膜の目盛り検定器によって検 定した二つの流量計を用いて監視した。 反応が終わった後、ガスは薄い濃度のＫＯＨのような薄い塩基の溶液１７の中 で、次いでＮａ2Ｓ2Ｏ3の溶液１８の中で洗浄する。生成物のガスを回収し、乾 燥機１９の中で乾燥し、ガスクロマトグラフィーによって分析する。 別の実験装置が図２に示される。クロロカーボン２１（ＣＣｌ4とＣＨＣｌ3等 ）とＯ2２２が反応管２３に添加される。現在までの実験では、反応管２３は長 さ４８インチｘ内径１/２インチのインコネル６００製の管であった。二つのガ スは反応管に入る前に最初に蒸発器２４を通過する。現在までの実験では、蒸発 管２４は長さ１２インチｘ内径１/２インチのインコネル６００製の管であった 。反応管と蒸発管は、それぞれセラミック繊維のヒーター２５と２６によって加 熱された。ヒーターの中に挿入された熱電対によって温度を監視し、コントロー ルした。ガスの流れは両方とも石鹸膜の厚さ検定器で検定した二つの流量計で監 視した。 反応が終わった後、生成物のガスは薄い濃度のＫＯＨのような薄い塩基の溶液 ２７の中で、次いでＮａ2Ｓ2Ｏ3の溶液２８の中で洗浄する。生成物のガスを回 収し、乾燥機２９の中で乾燥し、ガスクロマトグラフィーによって分析する。 全ての実験で、二つのガスクロマトグラフィー分析装置を使用する。一つのガ スクロマトグラフィー装置は入力ガスをＯ2、ＣＯ2および分解副生物から分離す るのに使用する。別のガスクロマトグラフィー装置は、Ｏ2、ＣＯ2、分解副生物 の含有量を示すのに使用する。ガスクロマトグラフィーは下記の条件下で操作し た。ガスクロマトグラフ＃１： カラム：Carbopack Bの上の３％SP-1500,外径5mm x 長さ3.1m,ガラス 検出器温度：150℃ 検出器の型式:TCD @ 100mA インジェクター温度:100℃ He: 25mL/分 プログラム:30℃/4分 / 15℃/分 / 110℃/3分ガスクロマトグラフ＃２： カラム: Carbosieve G, 外径5mm x 長さ3.1m,ガラス 検出器温度: 180℃ 検出器の型式: TCD @ 100mA インジェクター温度: 180℃ He: 40mL/分 プログラム: 30℃/３分 / 10℃/分 / 120℃/8分 反応接触時間(θ)は次のように計算する： θ＝反応器の容積(155mL)/Ｏ2とハロカーボンガスの全流量実施例１ ＣＦ3Ｂｒの分解: 此の実施例は図１に示す装置を用いて行った。実験は所望の流量と温度で１時 間、Ｏ2とＣＦ3Ｂr（Ｈalon １３０１）を化合することによって行った。次に出 口のガスをサンプリングしてガスクロマトグラフィーによって分析した。結果を 表１に要約する。 ＣＦ3Ｂｒは６００℃で完全に分解されてハロカーボンは残留しないことが表 から読み取れる。反応はＯ2:ＣＦ3Ｂrのモル比が２:１の時に３０秒の接触時間 で効果的に行われる。 モル比の効果は実験番号６〜９を比較することによって見ることができる。此 の実施例では、１.５:１のモル比はＣＦ3Ｂｒを完全に分解するには効果的では なかったが、２:１のモル比は完全な分解を与えた。 接触時間の効果は実験番号１〜４を比較することによって見ることができる。 此の実施例では、２０秒間という接触時間はＣＦ3Ｂｒを完全に分解するには有 効ではなかったが、一方で３０秒間の接触時間は完全な分解を与えた。 温度の効果は実験番号３と６、実験番号７と１１を、そして実験番号９と１０ を比較することによって見ることができる。予期される如く、温度が高いほど分 解も良い。実施例２ ＣＦ3Ｃｌの分解: 此の実験は図１に示す装置を用いて行った。ＣＦ3ＣｌとＯ2を所望の流量と温 度で１時間化合させた。次に出口のガスをサンプリングし、ガスクロマトグラフ ィーで分析した。結果を表２に要約する。 ＣＦ3Ｃｌは２:１のモル比（Ｏ2:ＣＦ3Ｃｌ）でＯ2と混合し、６００℃で３０ 秒間加熱することによって完全に分解されるのが分かる。１.５:１のモル比では 分解は不完全であった。反応（接触）時間が２０秒間だけのときは分解は不完全 であった。実施例３ ＣＨＦ3の分解: 此の実験は図１に示す装置を用いて行った。ＣＨＦ3とＯ2を所望の流量と温度 で１時間化合させた。次に出口のガスをサンプリングし、ガスクロマトグラフィ ーで分析した。結果を表３に要約する。 ＣＨＦ3は２:１のモル比(Ｏ2:ＣＨＦ3)でＯ2と混合し、６００℃で３０秒間加 熱することによって完全に分解される。モル比が１.５:１の時は分解は不完全で あり、ＣＨＦ3が排ガスの中に残った。１:２モル比では、分解は不完全であり、 ＣＨＦ3とＣＦ4の両方が排ガスの中に残った。 実施例４ ＣＦ4の分解: 此の実験は図１に示す装置を用いて行った。ＣＦ4とＯ2を所望の流量と温度で １時間化合させた。次に出口のガスをサンプリングし、ガスクロマトグラフィー で分析した。結果を表４に要約する。 ＣＦ4は２:１のモル比(Ｏ2:ＣＦ4)でＯ2と混合し、６００℃で３０秒間加熱す ることによって完全に分解されることが分かる。更に、モル比が１.５:１の時で も分解は依然として完結に向かって進行し、排気ガスの中にはハロカーボンは残 留しなかった。１:１のモル比では、分解は不完全であり、排気ガスの中にＣＦ4 が残った。実施例５ ＣＦ2ＢｒＣｌの分解: 此の実験は図１に示す装置を用いて行った。ＣＦ2ＢｒＣｌとＯ2を所望の流量 と温度で１時間化合させた。次に出口のガスをサンプリングし、ガスクロマトグ ラフィーで分析した。結果を表５に要約する。 ＣＦ2ＢｒＣｌは２:１のモル比（Ｏ2:ＣＦ2ＢｒＣｌ）でＯ2と混合し、６００ ℃の温度で３０秒間加熱することによって完全に分解されることが見られる。更 に、モル比が１.５:１の時でも依然として分解は完結に向かって進行し、排気ガ スの中にハロカーボンは残留しなかった。１.２:１のモル比では分解は不完全で あり、排気ガスの中にＣＦ2ＢｒＣｌが残った。 実施例６ ＣＨＦ2Ｂｒの分解: 此の実験は図１に示す装置を用いて行った。ＣＨＦ2ＢｒとＯ2を所望の流量と 温度で１時間化合させた。次に出口のガスをサンプリングし、ガスクロマトグラ フィーで分析した。結果を表６に要約する。 此の場合も又、ＣＨＦ2Ｂｒは２:１のモル比（Ｏ2:ＣＨＦ2Ｂｒ）でＯ2と混合 し、６００℃で３０秒間加熱することによって完全に分解される。同じく又、Ｃ Ｆ4とＣＦ2ＢｒＣｌの場合と同じように、１.５:１のモル比でも依然として分解 は完結に向かって進行する。１:１のモル比では分解は不完全であり、ＣＨＦ2Ｂ ｒが排気ガスの中に残った。実施例７ トリフルオロプロパンの分解: 此の実験は図１に示す装置を用いて行った。例外として、トリフルオロプロパ ン（ＴＦＰ）は引火性のガスであるので１００％ Ｏ2の代わりに空気を用いて試 験した。ＴＦＰと空気中のＯ2を所望の流量と温度で１時間化合させた。次に出 口のガスをサンプリングし、ガスクロマトグラフィーで分析した。結果を表７に 要約する。 ＴＦＰはモル比４:１（空気:トリフルオロプロパン）で空気中のＯ2と混合し 、６００℃で１０秒間加熱することによって完全に分解する。Ｏ2のキャリヤー として空気の希釈効果があるので高いモル比が必要である。実施例８ ＣＣｌ4の分解: 此の実験は図２に示す装置を用いて行った。ＣＣｌ4とＯ2を所望の流量と温度 で１時間化合させた。次に出口のガスをサンプリングし、ガスクロマトグラフィ ーで分析した。結果を表８に要約する。 ＣＣｌ4は２：１のモル比（Ｏ2：ＣＣｌ4）でＯ2と混合し、６００℃で３０秒 間加熱しても完全には分解されなかった。事実、完全な分解を得るためには約７ :１のモル比が必要であった。更には、約６０秒間の接触時間が用いられた。実施例９ ＣＨＣｌ3の分解: 此の実験は図２に示す装置を用いて行った。ＣＨＣｌ3とＯ2を所望の流量と約 ６００℃の温度で１時間化合させた。次に出口のガスをサンプリングし、ガスク ロマトグラフィーで分析した。結果を表９に要約する。 ＣＨＣｌ3は２:１のモル比（Ｏ2:ＣＨＣｌ3）でＯ2と混合し、６００℃で３０ 秒間加熱することによって完全には分解されなかった。ここでも又、完全な分解 を得るためには約４.５:１のモル比と約６０秒間の接触時間が必要であった。実施例１０ 空気によるＣＣｌ4の分解: 此の実験は図２に示す装置を用いて行った。ＣＣｌ4とＯ2を所望の流量と温度 で１時間化合させた。次に出口のガスをサンプリングし、ガスクロマトグラフィ ーで分析した。結果を表１０に要約する。 ＣＣｌ4は１２:１のモル比（空気:ＣＣｌ4）で空気中のＯ2と混合し、６００ ℃で３０秒加熱しても完全には分解されなかった。しかしながら、約１２.５:１ のモル比と４５秒間の接触時間では、完全な分解が得られた。 実施例１１ 他の低級のハロカーボン、例えば、１個から６個の炭素原子を持ち、更に塩素 、臭素、弗素、沃素、及びその組み合わせ等のハロゲンの組み合わせを持つハロ カーボンを用いて前述の実施例を繰り返しても同じような結果を生ずる。有利に は、各種のハロカーボンは充分量の酸素と混合して５００〜７００℃の充分に高 い温度で、ハロカーボンの完全な熱分解に必要な適当な決定され得る時間維持す るときは排気ガスから除去される。従来の技術は、適当量の酸素と適当な反応時 間を用いることによって、そのような比較的低い温度でガス状のハロカーボンの そのような完全分解を達成できることを認識するのに失敗した。 本発明の方法が分解プロセスに用いられるＯ2の回収を可能にすることは評価 されねばならない。分解されるハロカーボンの種類に依存してＯ2の回収率は実 に１００％にも達する。本発明の方法による典型的な分解に対するＯ2の回収率 は表１１に示される。 以上、発明を前述の説明の中で詳細に例示し、記述して来たが、それらの説明 は単に発明を具体的に例示するものであり、本質的に発明を限定するものではな いと考えるべきであり、単に好ましい具体例のみを示したこと、そして本発明の 精神の範囲内にある凡ゆる変化と修飾も特許法によって保護されることを願うも のであることを理解すべきである。
【手続補正書】特許法第１８４条の７第１項 【提出日】１９９４年１月２７日 【補正内容】 （請求の範囲第１項を補正、その他の請求の範囲はそのまま維持） 請求の範囲 １．（ａ）空気と一種又は一種以上の気体状のハロカーボンを含むガスとの混 合物を準備し、該混合物は、混合物を５００℃と７００℃の間の温度に維持する 時は混合物中のハロカーボンの全てを熱分解するのに効果的な量の酸素を含み； （ｂ）ガスと酸素を５００℃と７００℃の間の温度に加熱し；そして （ｃ）ガスと酸素の混合物を、ハロカーボンを除去するに足る時間に亙り ５００℃から７００℃の温度に維持する： 以上の要素から本質的に構成されるハロカーボン化合物を含むガスから気体状の ハロカーボンを除去する方法。 ２．酸素とハロカーボンを含むガスの混合物はガスと酸素の混合物を約６００ ℃の温度に保つ時はガスから全てのハロカーボンを除去するのに効果的な量の酸 素を含み、そして此の場合に該加熱と該維持の各が約６００℃の温度で行われる 請求の範囲第１項記載の方法。 ３．酸素とハロカーボンのモル比が約１.５:１と約１０:１の間にある請求の 範囲第１項記載の方法。 ４．該維持が約５秒と約９０秒の間の時間に亙って行われる請求の範囲第１項 記載の方法。 ５．該ガスが本質的にフルオロカーボンから成る請求の範囲第１項記載の方法 。 ６．酸素とハロカーボンのモル比が少なくとも約２:１である請求の範囲第５ 項記載の方法。 【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９４年９月８日 【補正内容】 （請求の範囲第１、３、４、６、７及び９項を補正、その他の請求の範囲はその まま維持） 請求の範囲 １．（ａ）空気と一種又は一種以上の気体状のハロカーボンを含むガスとから 本質的に構成される混合物を準備し、該混合物は、混合物を５００℃と７００℃ の間の温度に維持する時は混合物中のハロカーボンの全てを熱分解するのに効果 的な量の酸素を含み； （ｂ）ガスと酸素を５００℃と７００℃の間の温度に加熱し；そして （ｃ）ガスと酸素の混合物を、ハロカーボンを除去するに足る時間に亙り ５００℃から７００℃の温度に維持する： 以上の要素から成るハロカーボン化合物を含むガスから気体状のハロカーボンを 除去する方法。 ２．酸素とハロカーボンを含むガスの混合物はガスと酸素の混合物を約６００ ℃の温度に保つ時はガスから全てのハロカーボンを除去するのに効果的な量の酸 素を含み、そして此の場合に該加熱と該維持の各が約６００℃の温度で行われる 請求の範囲第１項記載の方法。 ３．酸素とハロカーボンのモル比が１.５:１と１０:１の間にある請求の範囲 第１項記載の方法。 ４．該維持が５秒と９０秒の間の時間に亙って行われる請求の範囲第１項記載 の方法。 ５．該ガスが本質的にフルオロカーボンから成る請求の範囲第１項記載の方法 。 ６．酸素とハロカーボンのモル比が少なくとも２:１である請求の範囲第５項 記載の方法。 ７．該維持が少なくとも３０秒の時間に亙って行われる請求の範囲第６項記載 の方法。 ８．該ガスが本質的にクロロカーボンから成る請求の範囲第１項記載の方法。 ９．酸素とハロカーボンのモル比が少なくとも７:１である請求の範囲第８項 記載の方法。 １０．該維持が少なくとも６０秒の時間行われる請求の範囲第９項記載の方法。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 キアン，ジョン・シー アメリカ合衆国アーカンソー州71730，エ ル・ドラド，ウエスト・メイン 427，ア パートメント ６

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １．（ａ）空気と一種又は一種以上の気体状のハロカーボンを含むガスとの混 合物を準備し、該混合物は、混合物を約５００℃と約７００℃の間の温度に維持 する時は混合物中のハロカーボンの全てを熱分解するのに効果的な量の酸素を含 み； （ｂ）ガスと酸素を約５００℃と約７００℃の間の温度に加熱し；そして （ｃ）ガスと酸素の混合物を、ハロカーボンを除去するに足る時間に亙り 約５００℃から約７００℃の温度に維持する： 以上の要素から成るハロカーボン化合物を含むガスから気体状のハロカーボンを 除去する方法。 ２．酸素とハロカーボンを含むガスの混合物はガスと酸素の混合物を約６００ ℃の温度に保つ時はガスから全てのハロカーボンを除去するのに効果的な量の酸 素を含み、そして此の場合に該加熱と該維持の各が約６００℃の温度で行われる 請求の範囲第１項記載の方法。 ３．酸素とハロカーボンのモル比が約１.５:１と約１０:１の間にある請求の 範囲第１項記載の方法。 ４．該維持が約５秒と約９０秒の間の時間に亙って行われる請求の範囲第１項 記載の方法。 ５．該ガスが本質的にフルオロカーボンから成る請求の範囲第１項記載の方法 。 ６．酸素とハロカーボンのモル比が少なくとも約２:１である請求の範囲第５ 項記載の方法。 ７．該維持が少なくとも約３０秒の時間に亙って行われる請求の範囲第６項記 載の方法。 ８．該ガスが本質的にクロロカーボンから成る請求の範囲第１項記載の方法。 ９．酸素とハロカーボンのモル比が少なくとも約７:１である請求の範囲第８ 項記載の方法。 １０．該維持が少なくとも約６０秒の時間行われる請求の範囲第９項記載の方 法。
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