JPS63279014A - 有害流出ガスの分解方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ることによって分解する方法に関する。現在、この目的
に使用されるバー゛ナー類は、特に煙中に高濃度の酸化
物が存在する場合に、燃焼ノズルの先端に種々の酸化物
が付着するという欠点を有している。ところで、燃焼ノ
ズルの先端にこれらの酸化物が存在すると、シランの燃
焼系の上流側に設けられた工業設備の良好な操業と時に
は相いれない圧力低下を引き起こし、さらに、ある場合
には、噴射ノズルを完全に閉塞することになる。さらに
、燃焼系の配列によっては、空気導入口を閉塞し、燃焼
用点火炎の正常な着火を妨げ、よって系の良好な操業に
悪影響を与える酸化物類の蓄積が生じる場合もあること
がわかった。

本発明の目的は、燃焼煙中における粉末酸化物の形成を
促進することによって燃焼ノズルの先端に酸化物が付着
するのを回避することにある。

本発明は、シラン及び／又は工業、特にシランの合成を
含む電子工業において使用される他の生成物並びに種々
の化学合成における特にＣＺ！、Ｆ２、Ｂ、　Ｐ、　Ａ
Ｓ％　Ｓｅｓ　Ｔｅ等の分子を含有する流出物の処理に
適用することができる。以下の説明において、シランと
いう用語はその様な生成物を指摘するために使用される
。

本発明は、工業、特に電子工業において使用されるいか
なる水素化物又は生成物のクランキング及び酸化熱分解
にも関係する。本発明の他の目的は、純粋な状態のシラ
ン又は、その濃度にかかわらず、特に空気中の自己発火
域以下の濃度の流出ガスもしくは空気に比べて過酸素状
前又は低酸素状態の他の雰囲気中のシランを分解するこ
とにある。

本発明の他の目的は、バーナーの噴射ノズル上及び燃焼
室内に酸化物が付着するのを回避することにある。

本発明によれば、全ての場合に、シランを含有する流出
ガスが火炎中に噴射されるので、その温度が、流出物中
のシランが非常に低い濃度の場合でさえシランの酸化反
応を容易にする。

本発明によれば、有害流出ガスの中心流、中心有害ガス
流を囲む環状主燃料流及び互いに重なりあって前記環状
燃料流を囲む複数の環状助燃ガス（ｃｏｍｂｕｒｅｎｔ
　ｇａｓ）流が形成される。

主燃料ガスによって成されるシランを含有する流出物を
被覆することによる保護効果によって、流出物がバーナ
ーから発射される空気と直接接触することが避けられる
。このようにして、燃焼はバーナーのノーズ（先端、ｎ
ｏｓｅ）の向こう側に移動されるのは明らかである０本
発明と従来の燃焼法との本質的な相違は、従来法におい
ては、バーナーのノーズに火炎を定着するために乱流を
起こしているのに対し、これとは反対に、本発明によれ
ば、生成された酸化物が付着するはずがない燃焼室の一
部に点火及び酸化ケイ素（又は他の固体酸化物）生成ゾ
ーンを後退させることによって、酸化物を煙によって搬
出させるようにバーナーのノーズの向こう側をできるだ
け層流状態のままにしようとしていることである。

本発明の特別な態様によれば、主燃料ガスは燃料ガスの
消費を少なくし、流出ガスを分解する酸素に対するガス
状保護被覆の効果を維持するまでその全流量を保持又は
増加するように不活性ガスで希釈される。

主燃料は水素、メタン、天然ガス、人造ガス、プロパン
又はブタンのようなガス燃料又はそれらの混合物からな
る。

主燃料ガスは純粋な又は混合した窒素、アルゴン、二酸
化炭素、六弗化硫黄又はハロゲン化炭化水素のような不
活性ガスで希釈されている。

助燃ガスは、必要に応じて酸素富化された空気又は他の
助燃ガスであり、工業用酸素であるのが好ましい。

主燃料ガス流に隣接する助燃ガス流の流量は主燃料を完
全に燃焼させるための酸素を供給するのに必要な量より
少ないのが有利である。

本発明によれば、燃焼煙が熱分解室を通過し、しかも燃
焼直後に急激に冷却されるのが有利である。

本発明の一実施態様によれば、燃焼煙は洗浄、遠心分離
、乾式もしくは湿式濾過又は静電濾過による後処理のた
めに回収される。

本発明は、一連の同心ノズルによって構成されたバーナ
ーから成り、分解すべき流出物を噴射するノズルが軸方
向に配置され、かつ主燃料を供給するノズルによって囲
まれており、さらに助燃ガスを供給する複数の同心スリ
ーブが主燃料ガス供給ノズルを包囲している有害流出ガ
スの分解装置にも関する。

本装置がバーナーの単一の噴射ノズルに連結される複数
の流出物収集器を有する場合、このバーナーの上記軸方
向に配置されたノズルは、上記複数の流出物収集器中の
流出物に流量変化があっても僅な圧力低下又は上昇しか
生じないようにさせ、流出物を回収した１つの収集器か
ら他の収集器への流出物のどのような戻りも回避するよ
うな大きさである。

上記助、燃ガスを分配する複数のスリーブのそれぞれの
出口は軸方向において食違っているのが有利であり、そ
れらのうち外側スリーブは、主燃料ガス供給ノズルの出
口と比べて、バーナーの前方に最も突出しており、かつ
好ましい実施態様において、分解すべき流出ガスを噴射
するノズルは上記主燃料ガス供給ノズルの中心に、その
出口に対して後退して設けられている。

本発明に従うこれらの種々のガスの流れを形成する好ま
しい方法によれば、分解すべき流出ガス、主燃料ガス及
び助燃ガスは過度の乱流のない層流状態で実質的に一定
した速度で流れる。

燃焼室は、乱流を増大し、かつおそらく外側スリーブ上
を除いて火炎の定着（ｆｉｘｉｎｇ）を促進する反り（
ｓｅｔ−ｂａｃｋ）、段（ｓ　ｔｅｐ）、平面、フィン
（ｆｉｎ）のような流れに対するいかなる障害もないの
が有利である。

本発明によれば、ノズル及び助燃ガスの環状流を形成す
る偏向スリーブの壁薄いものでありかつその前縁部は短
い面取り部（ｃｈａｎ＋ｆｅｒ）を有しているか、また
はそれらのノズル及びスリーブの壁は厚いものでありか
つその前縁部にそれらの先端部近傍におけるガス流の突
然の変化及び乱流を避けるのに十分な長さを有する面取
り部を有する。

本発明の他の方法に従えば、これらの流れを形成する上
記偏向スリーブの後部に設けられた流量制御手段によっ
て上記種々の環状流間におけるバーナーへの助燃ガスの
放出量に差をっけ、主燃料供給ノズルに隣接する助燃ガ
ス流が最低の流量であり、かつ放出量が同等である場合
は、バーナーの外周方向に位置する２つの流れの一方さ
もなければバーナーの外周側に位置する助燃ガス流が最
高の流量になるようにする。各ガス流量の割合は一般に
次の範囲にあるのが有利である：主燃料の流量に対する
、主燃料ガスに隣接する助燃ガスの流量：１〜３倍 主燃料の流量に対する流出物の流量二流出物中に含まれ
る可燃物の濃度にもよるが、少なくとも０．１〜５倍（
流出物の流量は含有される可燃物の濃度に比例して増大
され、主燃料供給ノズル周辺の乱流の出現によって制限
される）。

シランもしくは他の水素化物又は電子工業もしくは他の
工業で使用される生成物を含む流出ガスを分解する装置
は、流出ガスを燃焼室に噴射するノズル１を有している
。燃焼室の断面は流出物の′　　　　　　流量が変化し
た際に大幅な圧力低下が生じるのを回避し、かつ特に複
数の一個々の流出物収集器が同一のノズルに接続されて
いる場合、望ましくない逆圧（ｃｏｕｎｔｅｒ　ｐｒｅ
ｓｓｕｒｅ）及び１つのラインから他のラインへの流出
物の戻りを回避するのに十分である。

バーナーの安全装置によって作動される自動遮断弁（図
示せず）はバーナーが停止している場合にバーナーに分
解すべきガスが送られるのを防止する。

ノズル１の前部３分の１の所に設けられた３つの心合わ
せスタッド３によって、ノズル１を主燃料供給ノズル４
の中心に位置させることができる。

ノズル４の後部に設けられたパツキン箱６を用いている
心合わせ及び封止リングによって、ノズル１はノズル４
の中心にさらに同軸的に位置される。

ノズル１を軸方向に移動することによって、ノズル４の
先端に対するノズル１の位置を調節することができる。

プロパン、ブタン、メタン、水素もしくは天然ガス又は
燃料ガスの他の混合物のような可燃性ガスからなる主燃
料ガスは流量調節及び測定装置を通って外部供給源（図
示せず）から供給される。

この燃料ガスは純粋な状態又は調節手段次いで流量測定
系を経て外部供給源（図示せず）から入ってくる不活性
ガスとの混合物の形で使用しうる。

この燃料ガス又は可燃性ガス混合物は管５がらノズル４
に入る。スタンド３と同様な心合わせスタッド８によっ
て、スリーブ１３ａ、１３ｂ、１３ｃがノズル４に対し
て心合わせされている。そうすることによって、これら
のスリーブは風箱１０と連通するマニホルド１１によっ
て供給される助燃ガスの環状流路１２ａ　、１２ｂ　、
　１２ｃを形成している・風箱１０、外側スリーブ１３
ｃ及びノズル４はバーナーの後部を形成するプレート７
によって互いに一体にされている。

外側スリーブ１３ＯＮよバーナーの外部ケーシングを構
成しており、風箱１０がその後端部に固定されている。

風箱は風箱１０とスリーブ１３ｃの後部内側との間で空
気を拡散するための開口９又はグリッド、膜、多孔性物
質のような他の手段からなる分配手段によって異なる環
状空気流路の全域にマニホルド１１から入ってくる空気
の均一な分配を行う。

外側スリーブ１３ｃの自由端はシラン噴射ノズル１の端
部よりかなり突出している。そのように突出することが
必要であるが、その位置ではなく最低限は突出している
ことが実際に重要であることが実験から判った。

ノズル４を通過する燃料流の完全な燃焼を行うのに必要
な理論量に比べて不十分な空気流を第一の流路１２ａ内
に形成するために流路１２ａに入る空気の量を減少しか
つこの流れを調節することができるノズル４の方に曲が
ったフィン１４が内側スリーブ１３ａと燃料ガスノズル
４との間の環状流路１２ａ内に設けられている。これら
のフィンはスリーブ１３ａの後部の心合わせも行ってい
る。第２図には３つのフィンが示されているが、もっと
多くの数であっても適合しうる。

スリーブ１３ｂの先端はスリーブ１３ａ及び１３ｃの先
端の中間の位置にある。この前進した位置は、火炎を良
好に付着させるのに必要であるが、これは最終的な決定
ではなく、もっと先に延ばしてもよい。

一方、心あわせスタンド８がそれらの存在によって引き
起こされる乱流の影響を排除するために流路の出口から
燃焼室の方に必ず十分にずらして配置されることが常に
非常に重要である。

シランを含む流出ガスを処理するための試験を上述した
ようなバーナーで実施した。

ノズル１は内径４２鶴、厚さ３ｆｉの管である。

主燃料混合物ノズル４は６６ｆｌの内径及び５鰭の厚さ
を有していた。

空気分配スリーブ１３ａ、１３ｂ、１３ｃはそれぞれ１
２０．１７０及び２１０ｆｌの内径及び６．６及び３ｆ
ｌの厚さを有していた。

シラン噴射ノズノＬ；１、燃料ガスノズル４及び偏向ス
リーブ１３ａの端部はこれらの領域での乱流を避けるた
めに１５において面取りされている。

このバーナーにおいて、処理すべき流出物を噴射する中
心ノズル１は主燃料の出口に対して流出物の出口の位置
を調節することができるように摺動自在にされている。

これらの試験に使用される処理すべき流出ガスは純シラ
ン又はシランと窒素との混合物である。

主燃料は純プロパン又はプロパンと窒素との混合物であ
る。

バーナーに吹き込まれる空気流は８００　ｔｄ　／時の
流量であり、３つの流路１２ａ、１２ｂ、１２ｃに次の
ように分配された： 流路１２ａ　：　　３０　ｒｔ？／時 流路１２ｂ　：　３７０　ｎ？／時 流路１２ｃ　：　４００　ｎ？／時 これら全ての試験において、流路１２ａを通して吹き込
まれる空気の量は主燃料を完全に燃焼するのに必要な化
学量論的理論量に対して２０〜８０％の不足を示した。

各試験の前に、０〜１０ｒｒｒ／時の純窒素からなる分
解すべき流出物の流れによって火炎の安定性を調べた。

茅：！≧５１４代狡 シラン及び空気の流量を一定にし、全体の流量は６ｎ？
／時で一定にした主燃料混合物のプロパンの濃度を変化
させた。

空気流の量は８００　ｒｄ　／時であった。

処理すべき流出物は１ｄ１時の流量の純シランであった
。

同量の生成酸化ケイ素を得るために、各試験における燃
焼時間は６分であった。

スリーブ１３ａの出口に対しシラン導入ノズル１を４０
鶴後退させ、かつ変更スリーブ１３ｂ及び１３ｃをそれ
ぞれ５０ｍ及び６０ｍｍ前進させた。

バーナー形状並びにシラン及び空気の流量は第一の一連
の試験におけると同様にした。

燃料混合物中のプロパンの濃度を５０％に設定した。

異なる流量の燃料混合物を使用した。

最後の試験に関して、中心ノズル１を燃料ノズル４の出
口に対して１２ｍ後退させた。

隼旦皇二迷■広肱 ノズルｌを除（バーナーの形状並びにシラン及び空気の
流量は上述の試験におけると同様にした。

燃料の流量を６イ／時に設定した。その組成は５０％ず
つのプロパンと窒素であった。

ノズル１の位置をノズル４の出口に対して軸方向に幾分
後退させた。

空気の流量はなお８００ｒｒｒ／時に維持した。

燃料混合物（５０％プロパン及び窒素）の流量を６ｒｒ
ｒ／時に設定した。

シラン導入ノズル１をノズル４の後方４０ｆｌに位置さ
せた。バーナー形状の他の特質は上述の試験におけると
同様であった。

処理すべきガス混合物中のシランの流量及び濃度を変化
させ、いろいろな流量（ｎ？／時）にした。

本発明は上述の実施態様に限定されるものではない。中
性の清浄ガスが循環する中心流路内に噴入された流出液
（例えば、酸化エチレン）の分解にも適用することがで
きる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施態様におけるバーナーの一例を
示す概略軸方向断面図であり、第２図はその横断面図で
ある。 １・・・流出ガス噴射ノズル、３．８・・・スタンド、
４・・・主燃料供給ノズル、１０・・・風箱、１２ａ、
１２ｂ、１２　ｃ−助燃ガス供給流路、１３ａ、１３ｂ
、１３Ｃ・・・同心スリーブ、１４・・・フィン、１５
・・・面取り部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、次の成分：シラン、Ｃｌ＿２、Ｆ＿２、Ｂ、Ｐ、Ａ
   ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ等の少なくとも１種を含有する、必要に
   応じて希釈した状態の有害流出ガスを主燃料及び助燃ガ
   スによって発生される火炎中で酸化することによって前
   記有害成分を確実に燃焼させて分解する方法において、
   前記有害ガスの中心流と、前記中心有害ガス流を囲む環
   状主燃料流と、互いに重なりあって前記環状燃料流を囲
   む複数の環状助燃ガス流とを形成することを特徴とする
   有害流出ガスの分解方法。 ２、前記主燃料が前記流出ガスを分解する酸素に対する
   ガス状保護被覆の役割をする請求項１記載の有害流出ガ
   スの分解方法。 ３、前記主燃料が水素、メタン、天然ガス、人造ガス、
   プロパン又はブタンのようなガス燃料又はそれらの混合
   物からなる請求項１記載の有害流出ガスの分解方法。 ４、前記主燃料ガスが、純粋な又は混合した窒素、アル
   ゴン、二酸化炭素、六弗化硫黄又はハロゲン化炭化水素
   のような不活性ガスで希釈されている請求項１記載の有
   害流出ガスの分解方法。 ５、前記主燃料が、その流量を変えることなく燃料ガス
   の消費を減らし、かつ前記流出ガスを分解する酸素に対
   するガス状保護被覆の効果をあまり変えないように不活
   性ガスで希釈されている請求項１記載の有害流出ガスの
   分解方法。 ６、前記助燃ガスが、必要に応じて酸素富化された空気
   又は他の助燃ガスである請求項１記載の有害流出ガスの
   分解方法。 ７、前記助燃ガスが工業用酸素である請求項１記載の有
   害流出ガスの分解方法。 ８、前記主燃料ガス流に隣接する前記助燃ガス流の流量
   が主燃料を完全に燃焼するための酸素を供給するのに必
   要な量より少ない請求項１記載の有害流出ガスの分解方
   法。 ９、燃焼煙が熱分解室を通過する請求項１記載の有害流
   出ガスの分解方法。 １０、前記燃焼煙が燃焼直後に急激に冷却される請求項
   １記載の有害流出ガスの分解方法。 １１、前記燃焼煙が洗浄、遠心分離、乾式もしくは湿式
   濾過又は静電濾過による後処理のために回収される請求
   項１記載の有害流出ガスの分解方法。 １２、一連の同心ノズルによって構成されたバーナーか
   ら成り、分解すべき流出物を噴射するノズルが軸方向に
   配置され、かつ主燃料を供給するノズルによって囲まれ
   ており、さらに助燃ガスを供給する複数の同心スリーブ
   が前記主燃料ガス供給ノズルを包囲していることを特徴
   とする有害流出ガスの分解装置。 １３、前記バーナーの単一の噴射ノズルに到達する複数
   の流出物収集器を含み、前記バーナーの軸方向に配置さ
   れたノズルが、前記複数の流出物収集器中の流出物に流
   量変化があっても僅な圧力低下又は上昇しか生じないよ
   うにさせ、流出物を回収した１つの収集器から他の収集
   器への流出物のどのような戻りも回避するに十分な大き
   さである請求項１２記載の有害流出ガスの分解装置。 １４、前記助燃ガスを分配する複数のスリーブのそれぞ
   れの出口が軸方向において食違っており、それらのうち
   外側スリーブは、前記主燃料ガス供給ノズルの出口と比
   べて、バーナーの前方に最も突出している請求項１２記
   載の有害流出ガスの分解装置。 １５、前記分解すべき流出ガスを噴射するノズルが前記
   主燃料ガス供給ノズルの中心に、その出口に対して後退
   して設けられている請求項１２記載の有害流出ガスの分
   解装置。 １６、前記分解すべき流出ガス、主燃料ガス及び助燃ガ
   スが過度の乱流のない層流状態で実質的に一定した速度
   で流れる請求項１２記載の有害流出ガスの分解装置。 １７、燃焼室が、乱流を増大し、かつおそらく前記外側
   スリーブ上を除いて火炎の定着を促進する反り、段、平
   面、フィンのような流れに対するいかなる障害も有さな
   い請求項１２記載の有害流出ガスの分解装置。 １８、前記各ノズル及び助燃ガスの環状流を形成する偏
   向スリーブの壁が面取りされた前縁部で薄くなっている
   請求項１２記載の有害流出ガスの分解装置。 １９、前記各ノズル及びスリーブの壁が、ガス流の突然
   の変化及びそれらの先端部近傍における乱流を避けるの
   に十分な長さを有する前記前縁部に設けられた面取り部
   で厚くなっている請求項１２記載の有害流出ガスの分解
   装置。 ２０、種々の環状流を形成する前記偏向スリーブの後部
   に設けられた流量制御手段によって前記種々の環状流間
   におけるバーナーへの助燃ガスの放出量に差をつけ、主
   燃料供給ノズルに隣接する助燃ガス流が最低の流量であ
   り、かつ放出量が同等である場合は、バーナーの外周方
   向に位置する２つの流れの一方さもなければバーナーの
   外周側に位置する助燃ガス流が最高の流量になるように
   する請求項１記載の有害流出ガスの分解方法。 ２１、各ガス流量の割合が一般に次の範囲：主燃料ガス
   の流量に対する主燃料ガスに隣接する助燃ガスの流量：
   １〜３倍 主燃料ガスの流量に対する流出ガスの流量：流出物中に
   含まれる可燃物の濃度にもよるが、少なくとも０．１〜
   ５倍（流出物の流量は含有される可燃物の濃度に比例し
   て増大され、主燃料供給ノズル周辺の乱流の出現によっ
   て制限される） にある請求項１記載の有害流出ガスの分解方法。