JPWO2009125457A1 - シラン系ガス及びフッ素系ガス含有排ガスの処理方法及び該方法を用いた排ガス処理装置 - Google Patents
シラン系ガス及びフッ素系ガス含有排ガスの処理方法及び該方法を用いた排ガス処理装置 Download PDFInfo
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Abstract
シラン系ガス及びフッ素系ガス含有排ガスの加熱分解によって生じた分解副生物を効率よく個別に且つ高濃度で回収することができる排ガス処理方法とその装置を提供する。シラン系ガス及びフッ素系ガスが同時に又は逐次混入する排ガスEに、必要に応じて酸素や水分或いは水素を添加し、これを加熱分解して熱処理済排ガスTとする排ガス加熱分解工程と、熱処理済排ガスTを水の気化温度以上で且つバグフィルター32の耐熱温度以下の温度に冷却し、排ガス加熱分解工程で副生したシラン系ガス由来のシリカの粉塵をバグフィルター32で捕捉して回収するシリカ回収工程と、シリカ回収工程の後、排ガス加熱分解工程で副生したフッ素系ガス由来のフッ化水素を熱処理済排ガスT中から除去して回収するフッ素回収工程とで構成されていることを特徴とする。
Description
本発明は、半導体製造装置から排出されるシラン系ガス及びフッ素系ガス含有排ガスを加熱分解した際に生じる様々な分解副生物を、個別的に処理することのできる排ガスの処理方法とその装置に関する。
半導体製造プロセス、特にCVD(化学的気相成長法)プロセスでは、SiH4,SiH2Cl2,Si2H6等のようなシラン系ガスによるデポジット終了後、CVDチャンバーをクリーニングするため、C2F6,CF4,CHF3或いはNF3やSF6等のようなフッ素系ガスが使用されている。
これらのガスの多くは人の健康や地球環境に多大な影響を与えることが知られていることから、CVDチャンバーでのデポジットや該CVDチャンバーのクリーニングに使用した上記各種ガスを含む排ガスは、加熱分解など様々な処理方式によって除害された後、大気中へと排出されている。
このような排ガス処理を行なう装置として、例えば、図9に示すように、半導体製造装置1から排出された排ガスEに含まれる粉塵などを入口スクラバー2で除去した後、電熱ヒーター等の熱源を備えた排ガス加熱装置3で当該排ガスEを加熱分解し、かかる加熱分解によって得られた熱処理済排ガスT中の粉塵や水溶性成分を湿式の出口スクラバー4で水との気液接触により除害する排ガス処理装置Aが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
かかる排ガス除害装置Aを用いれば、排ガスE中のシラン系ガスやフッ素系ガスを安全且つ確実に除害することができ、無害となった熱処理済排ガスTを大気中へと排出することができる。
特開2002−188810号公報(第3−6頁、第1図)
ここで、上述の排ガス処理装置Aでは、排ガス加熱装置3での加熱分解によって排ガスE中のシラン系ガスがシリカ[二酸化ケイ素(SiO2)]の粉塵となり、フッ素系ガスがフッ化水素(HF)となる。そして、加熱分解後の熱処理済排ガスTを出口スクラバー4で水と気液接触させることによってシリカの粉塵やフッ化水素などの分解副生物を熱処理済排ガス中から除去している。このため、出口スクラバー4から排出される排水中にはシリカの粉塵やフッ酸と云った分解副生物が大量に蓄積するようになる。それゆえ、出口スクラバー4を用いて熱処理済排ガスT中の分解副生物を除去する上記従来の排ガス処理装置Aでは、粉塵やフッ酸等の分解副生物が蓄積した出口スクラバー4の排水を別途処理する排水処理装置5を設ける必要があり、排ガス処理装置Aのイニシャルコストやランニングコストが増大するようになると云う問題があった。
とりわけ、太陽電池パネルの生産に用いられるCVD装置では、大量のシラン系ガス,フッ素系ガスに加えて、大量の水素も使用されるので、当該CVD装置から排出される排ガスEを加熱分解した際には、大量のシリカの粉塵やフッ化水素に加え、大量の水が副生するようになる。このため、上記従来の排ガス処理装置Aでこのような排ガスEを処理した場合、出口スクラバー4や排水処理装置5に、より一層大きな負荷がかかるようになり、効率的な排ガス処理が難しくなると云う問題があった。
また、太陽電池パネルの生産に用いられるCVD装置では、上述のように大量のシラン系ガス及びフッ素系ガスが使用されているため、熱処理済排ガスTに含まれるシリカの粉塵及びフッ化水素を個別に且つ高濃度に回収することができれば、各回収物をそれぞれケイ素源或いはフッ素源等として再生利用する途を開くことができる。
しかしながら、出口スクラバー4を用いた従来の排ガス処理装置Aでは、熱処理済排ガスT中の分解副生物のすべてが混ざり合った排水として回収されるので、熱処理済排ガスTから回収したこれら分解副生物を再生利用するのが極めて困難であった。
それゆえ、本発明の主たる課題は、シラン系ガス及びフッ素系ガス含有排ガスの加熱分解によって生じた分解副生物を効率よく個別に且つ高濃度で回収することができる排ガス処理方法とその装置を提供することである。
請求の範囲第1項に記載した発明は、
(1)シラン系ガス及びフッ素系ガスが同時に又は逐次混入する排ガスEに、必要に応じて酸素や水分或いは水素を添加し、これを加熱分解して熱処理済排ガスTとする排ガス加熱分解工程と、
(2)熱処理済排ガスTを水の気化温度以上で且つバグフィルター32の耐熱温度以下の温度に冷却し、排ガス加熱分解工程で副生したシラン系ガス由来のシリカの粉塵をバグフィルター32で捕捉して回収するシリカ回収工程と、
(3)シリカ回収工程の後、排ガス加熱分解工程で副生したフッ素系ガス由来のフッ化水素を熱処理済排ガスT中から除去して回収するフッ素回収工程とで構成されている、
ことを特徴とするシラン系ガス及びフッ素系ガス含有排ガスの処理方法である。
(1)シラン系ガス及びフッ素系ガスが同時に又は逐次混入する排ガスEに、必要に応じて酸素や水分或いは水素を添加し、これを加熱分解して熱処理済排ガスTとする排ガス加熱分解工程と、
(2)熱処理済排ガスTを水の気化温度以上で且つバグフィルター32の耐熱温度以下の温度に冷却し、排ガス加熱分解工程で副生したシラン系ガス由来のシリカの粉塵をバグフィルター32で捕捉して回収するシリカ回収工程と、
(3)シリカ回収工程の後、排ガス加熱分解工程で副生したフッ素系ガス由来のフッ化水素を熱処理済排ガスT中から除去して回収するフッ素回収工程とで構成されている、
ことを特徴とするシラン系ガス及びフッ素系ガス含有排ガスの処理方法である。
また、請求の範囲第4項に記載の発明は、請求の範囲第1項に記載の排ガス処理方法を用いた排ガス処理装置10に関するものであり、
(a)内部に形成された排ガス処理空間12aで、シラン系ガス及びフッ素系ガスが同時に又は逐次混入する排ガスEに必要に応じて酸素や水分或いは水素を添加して加熱分解する排ガス加熱装置12と、
(b)排ガス加熱装置12で加熱分解して得られた熱処理済排ガスTを水の気化温度以上で且つバグフィルター32の耐熱温度以下に冷却する冷却装置14と、
(c)冷却装置14を通過した熱処理済排ガスT中のシリカの粉塵を捕捉するバグフィルター32を備えた集塵装置16と、
(d)集塵装置16を通過した熱処理済排ガスT中のフッ化水素を捕集するフッ素回収装置18とで構成されている、
ことを特徴とする。
(a)内部に形成された排ガス処理空間12aで、シラン系ガス及びフッ素系ガスが同時に又は逐次混入する排ガスEに必要に応じて酸素や水分或いは水素を添加して加熱分解する排ガス加熱装置12と、
(b)排ガス加熱装置12で加熱分解して得られた熱処理済排ガスTを水の気化温度以上で且つバグフィルター32の耐熱温度以下に冷却する冷却装置14と、
(c)冷却装置14を通過した熱処理済排ガスT中のシリカの粉塵を捕捉するバグフィルター32を備えた集塵装置16と、
(d)集塵装置16を通過した熱処理済排ガスT中のフッ化水素を捕集するフッ素回収装置18とで構成されている、
ことを特徴とする。
これらの発明では、まず始めに、シラン系ガス及びフッ素系ガスが同時に又は逐次混入する排ガスE(以下、単に「排ガスE」とも云う) に必要に応じて酸素や水分或いは水素を添加して加熱分解する。すると、シラン系ガスからシリカ[二酸化ケイ素(SiO2)]の粉塵と水が、フッ素系ガスからフッ化水素(HF)と水がそれぞれ副生する。例えばシラン系ガスとしてSiH4を使用し、フッ素系ガスとしてNF3を使用した場合、その反応式はそれぞれ以下の通りとなる。
SiH4 + 2O2 → SiO2 + 2H2O … 式(1)
2NF3 + 3H2O → 6HF+ N2O3 … 式(2-1)
N2O3 + 3H2 → N2 + 3H2O … 式(2-2)
SiH4 + 2O2 → SiO2 + 2H2O … 式(1)
2NF3 + 3H2O → 6HF+ N2O3 … 式(2-1)
N2O3 + 3H2 → N2 + 3H2O … 式(2-2)
続いて、上記排ガスEを加熱分解して得られた熱処理済排ガスTを水の気化温度以上で且つバグフィルター32の耐熱温度以下の温度となるように冷却し、バグフィルター32を通過させる。すると、排ガスEの加熱分解によって副生したシリカの粉塵がバグフィルター32によって捕捉され、熱処理済排ガスT中から除去される。
ここで、熱処理済排ガスTの温度が水の気化温度以上であることから、熱処理済排ガスT中の水分やフッ化水素はガス状態であり、バグフィルターを通過する。又、熱処理済排ガスTの温度をバグフィルター32の耐熱温度(例えば、バグフィルター32がPTFE製の場合には概ね260℃)以下としているので、熱処理済排ガスTがバグフィルター32を傷める心配はない。なお、水の気化温度は、常圧では(一般的に)約100℃であるが、負圧状態で熱処理済排ガスTが通流する排ガス処理装置10の内部では、常圧の場合に比べて水の気化温度が多少上昇する。
そして、バグフィルター32を通過し、シリカの粉塵が除去された熱処理済排ガスT中に存在するフッ化水素をフッ素回収装置18で除去して回収し、排ガスEの処理が完了する。
請求の範囲第2項に記載の発明は、請求の範囲第1項に記載のシラン系ガス及びフッ素系ガス含有排ガスの処理方法において、
(3-1)フッ素回収工程におけるフッ化水素の回収方法が、熱処理済排ガスT中のフッ化水素を消石灰に吸着させて回収する乾式吸着法である、
ことを特徴とする。
(3-1)フッ素回収工程におけるフッ化水素の回収方法が、熱処理済排ガスT中のフッ化水素を消石灰に吸着させて回収する乾式吸着法である、
ことを特徴とする。
また、請求の範囲第5項に記載の発明は、請求の範囲第2項に記載の処理方法を用いた排ガス処理装置10に関するものであり、請求の範囲第4項に記載の排ガス処理装置10において、
(d-1)フッ素回収装置18が、内部を熱処理済排ガスTが通流するケーシング44と、消石灰からなりケーシング44の内部に充填される固形吸着剤46とで構成されたフッ化水素吸着筒40を備える、
ことを特徴とする。
(d-1)フッ素回収装置18が、内部を熱処理済排ガスTが通流するケーシング44と、消石灰からなりケーシング44の内部に充填される固形吸着剤46とで構成されたフッ化水素吸着筒40を備える、
ことを特徴とする。
これらの発明では、フッ素系ガスの加熱分解によって生じたフッ化水素を消石灰(Ca(OH)2)に吸着させて回収するようにしているので、従来の湿式処理のように排水処理装置が不要である。又、消石灰に吸着されたフッ化水素はCaF2(いわゆる蛍石)の形で存在するようになるため、熱処理済排ガスTから回収したフッ化水素を安全に取り扱うことができる。
請求の範囲第3項に記載の発明は、請求の範囲第1項に記載のシラン系ガス及びフッ素系ガス含有排ガスの処理方法において、
(3-2)フッ素回収工程におけるフッ化水素の回収方法が、シリカ回収工程を経た熱処理済排ガスTの温度を、熱処理済排ガスT中の水蒸気が凝結する露点以下に冷却し、その際に生じる結露水にフッ化水素を吸着させて回収する湿式吸着法である、
ことを特徴とする。
(3-2)フッ素回収工程におけるフッ化水素の回収方法が、シリカ回収工程を経た熱処理済排ガスTの温度を、熱処理済排ガスT中の水蒸気が凝結する露点以下に冷却し、その際に生じる結露水にフッ化水素を吸着させて回収する湿式吸着法である、
ことを特徴とする。
また、請求の範囲第6項に記載の発明は、請求の範囲第3項に記載の処理方法を用いた排ガス処理装置10に関するものであり、請求の範囲第4項に記載の排ガス処理装置10において、
(d-2)フッ素回収装置18が、熱処理済排ガスTを露点以下の温度となるように急冷する急冷手段と、急冷手段によって熱処理済排ガスT中に生じた結露水にフッ化水素を吸着させた後、当該結露水を回収する回収槽76とで構成されたフッ化水素濃縮器70を備える、
ことを特徴とする。
(d-2)フッ素回収装置18が、熱処理済排ガスTを露点以下の温度となるように急冷する急冷手段と、急冷手段によって熱処理済排ガスT中に生じた結露水にフッ化水素を吸着させた後、当該結露水を回収する回収槽76とで構成されたフッ化水素濃縮器70を備える、
ことを特徴とする。
これらの発明では、フッ素系ガスの加熱分解によって生じたフッ化水素を排ガスEの加熱分解によって副生する水に吸着させて回収するようにしているので、熱処理済排ガスT中からフッ化水素のみならず水も同時に除去及び回収することができる。又、熱処理済排ガスTから予めシリカの粉塵が除去されており、しかもフッ化水素の吸着剤として排ガスE中の水素由来の水を利用しているので、熱処理済排ガスT中のフッ化水素及び水を、高純度で且つ高濃度のフッ酸として回収することができる。
請求の範囲第7項に記載の発明は、請求の範囲第4ないし6項のいずれかに記載の排ガス処理装置10に関するものであり、
排ガス加熱装置12の底部には、内径が下向きに狭まった漏斗状の排出部12cが形成されており、
排出部12cの先端には、熱処理済排ガス導出配管24が接続されており、
排出部12cの近傍には、排出部12c内に空気を供給し、熱処理済排ガス導出配管24へ向けた気流を発生させる空気供給配管26がさらに接続されていることを特徴とする。
排ガス加熱装置12の底部には、内径が下向きに狭まった漏斗状の排出部12cが形成されており、
排出部12cの先端には、熱処理済排ガス導出配管24が接続されており、
排出部12cの近傍には、排出部12c内に空気を供給し、熱処理済排ガス導出配管24へ向けた気流を発生させる空気供給配管26がさらに接続されていることを特徴とする。
この発明によれば、空気供給配管26から排出部12c内に供給された空気による気流で、排ガス加熱装置12でシラン系ガスを加熱分解した際に副生されるシリカの粉塵を効率よく排ガス処理空間12aから排出させることができる。
請求の範囲第8項に記載の発明は、冷却装置14の取り付け位置が請求の範囲第4項に記載の排ガス処理装置10と異なるものであり、
(a)内部に形成された排ガス処理空間12aで、シラン系ガス及びフッ素系ガスが同時に又は逐次混入する排ガスEに必要に応じて酸素や水分或いは水素を添加して加熱分解する排ガス加熱装置12と、
(b)排ガス加熱装置12で加熱分解して得られた熱処理済排ガスT中のシリカの粉塵を捕捉するバグフィルター32を備えた集塵装置16と、
(d)集塵装置16を通過した熱処理済排ガスT中のフッ化水素を捕集するフッ素回収装置18とを備えており、
(e)排ガス加熱装置12の底部には、内径が下向きに狭まった漏斗状の排出部12cが形成されており、
(f)排出部12cの先端には、熱処理済排ガス導出配管24が接続されており、
(g)排出部12cの近傍には、排出部12c内に空気を供給し、熱処理済排ガス導出配管24へ向けた気流を発生させる空気供給配管26が接続されており、
(h)空気供給配管26を通して排出部12cに供給する空気を冷却し、この空気を介して熱処理済排ガスTの温度が水の気化温度以上で且つバグフィルター32の耐熱温度以下に冷却する冷却装置14をさらに備えていることを特徴とする。
(a)内部に形成された排ガス処理空間12aで、シラン系ガス及びフッ素系ガスが同時に又は逐次混入する排ガスEに必要に応じて酸素や水分或いは水素を添加して加熱分解する排ガス加熱装置12と、
(b)排ガス加熱装置12で加熱分解して得られた熱処理済排ガスT中のシリカの粉塵を捕捉するバグフィルター32を備えた集塵装置16と、
(d)集塵装置16を通過した熱処理済排ガスT中のフッ化水素を捕集するフッ素回収装置18とを備えており、
(e)排ガス加熱装置12の底部には、内径が下向きに狭まった漏斗状の排出部12cが形成されており、
(f)排出部12cの先端には、熱処理済排ガス導出配管24が接続されており、
(g)排出部12cの近傍には、排出部12c内に空気を供給し、熱処理済排ガス導出配管24へ向けた気流を発生させる空気供給配管26が接続されており、
(h)空気供給配管26を通して排出部12cに供給する空気を冷却し、この空気を介して熱処理済排ガスTの温度が水の気化温度以上で且つバグフィルター32の耐熱温度以下に冷却する冷却装置14をさらに備えていることを特徴とする。
この発明によれば、冷却装置14を熱処理済排ガス導出配管24に設ける必要がなくなることから、例えば、排ガス加熱装置12等とは別の部屋に設置するなど装置レイアウト上の自由度を飛躍的に高めることができる。また、冷却装置14の冷却対象ガスが空気であることから、熱処理済排ガスTを直接冷却する場合とは異なり、冷却対象ガスに含まれる粉塵や腐食性ガス等によるトラブルが冷却装置14に生じるおそれを極小化して排ガス処理装置10のさらなる長期間連続運転を可能にすることができる。
請求の範囲第9項に記載の発明は、請求の範囲第4ないし8項のいずれかに記載の排ガス処理装置10に関し、
フッ素回収装置18は、一組のフッ化水素吸着筒40A及び40Bと、一組のフッ化水素吸着筒40A及び40Bを直列・並列切替可能に接続する配管系42とを有しており、
フッ化水素吸着筒40A及び40Bの互いに対向する一対の側面には、一対の通気孔44a及び44bが設けられており、
配管系42は、
(1)両端が一対のフッ化水素吸着筒40A及び40Bにおける一方の通気孔44aにそれぞれ接続され、且つその管路途中に集塵装置16を通過した熱処理済排ガスTを通流させる粉塵除去排ガス通流配管34が接続されると共に、粉塵除去排ガス通流配管34から一対のフッ化水素吸着筒40A及び40Bにおける一方の通気孔44aへの流路を開閉する一対の粉塵除去排ガス用バルブV1及びV2が取り付けられた第1連通配管50、
(2)両端が一対のフッ化水素吸着筒40A及び40Bにおける他方の通気孔44bにそれぞれ接続され、且つその管路途中に熱処理済排ガスTの流路を開閉する流路開閉バルブV3が取り付けられた第2連通配管52、
(3)両端が第1連通配管50の各端と粉塵除去排ガス用バルブV1及びV2との間における第1連通配管50の管路にそれぞれ接続され、且つその管路途中に熱処理済排ガス放出配管64が接続されると共に、その両端部に流路を開閉する一対の排ガス放出流路開閉バルブV4及びV5がそれぞれ取り付けられた第1バイパス配管54、
(4)一端が第2連通配管52における一方のフッ化水素吸着筒40Aにおける他方の通気孔44bと流路開閉バルブV3との間の管路に接続されると共に、他端が第2連通配管52における他方のフッ化水素吸着筒40Bにおける他方の通気孔44bと流路開閉バルブV3との間の管路に接続され、且つ互いに間隔を置いて一対のバイパス開閉バルブV6及びV7が取り付けられた第2バイパス配管56、および
(5)一端が第1バイパス配管54における排ガス放出流路開閉バルブV4及びV5間の管路に接続され、他端が第2バイパス配管56におけるバイパス開閉バルブV6及びV7間の管路に接続されたバイパス連通配管58で構成されていることを特徴とする。
フッ素回収装置18は、一組のフッ化水素吸着筒40A及び40Bと、一組のフッ化水素吸着筒40A及び40Bを直列・並列切替可能に接続する配管系42とを有しており、
フッ化水素吸着筒40A及び40Bの互いに対向する一対の側面には、一対の通気孔44a及び44bが設けられており、
配管系42は、
(1)両端が一対のフッ化水素吸着筒40A及び40Bにおける一方の通気孔44aにそれぞれ接続され、且つその管路途中に集塵装置16を通過した熱処理済排ガスTを通流させる粉塵除去排ガス通流配管34が接続されると共に、粉塵除去排ガス通流配管34から一対のフッ化水素吸着筒40A及び40Bにおける一方の通気孔44aへの流路を開閉する一対の粉塵除去排ガス用バルブV1及びV2が取り付けられた第1連通配管50、
(2)両端が一対のフッ化水素吸着筒40A及び40Bにおける他方の通気孔44bにそれぞれ接続され、且つその管路途中に熱処理済排ガスTの流路を開閉する流路開閉バルブV3が取り付けられた第2連通配管52、
(3)両端が第1連通配管50の各端と粉塵除去排ガス用バルブV1及びV2との間における第1連通配管50の管路にそれぞれ接続され、且つその管路途中に熱処理済排ガス放出配管64が接続されると共に、その両端部に流路を開閉する一対の排ガス放出流路開閉バルブV4及びV5がそれぞれ取り付けられた第1バイパス配管54、
(4)一端が第2連通配管52における一方のフッ化水素吸着筒40Aにおける他方の通気孔44bと流路開閉バルブV3との間の管路に接続されると共に、他端が第2連通配管52における他方のフッ化水素吸着筒40Bにおける他方の通気孔44bと流路開閉バルブV3との間の管路に接続され、且つ互いに間隔を置いて一対のバイパス開閉バルブV6及びV7が取り付けられた第2バイパス配管56、および
(5)一端が第1バイパス配管54における排ガス放出流路開閉バルブV4及びV5間の管路に接続され、他端が第2バイパス配管56におけるバイパス開閉バルブV6及びV7間の管路に接続されたバイパス連通配管58で構成されていることを特徴とする。
この発明によれば、一対のフッ化水素吸着筒40A及び40Bを直列又は並列に切り替えて使用することができるので、熱処理済排ガスT中のフッ化水素濃度が高い場合や排ガス処理装置10の外部へ排出される熱処理済排ガスT中のフッ化水素濃度を極めて低くする必要がある場合など、フッ化水素等の除去効率を極大化させる必要がある場合には、フッ化水素吸着筒40A及び40Bを直列に接続することによってこれに対応し、処理すべき熱処理済排ガスTの量が多い場合には、フッ化水素吸着筒40A及び40Bを並列に接続することによってこれに対応することができる。
本発明によれば、シラン系ガス及びフッ素系ガスを含有する排ガスの加熱分解によって生じた各種分解副生物(具体的にはシリカとフッ化水素)をそれぞれ個別に且つ高濃度で回収することができる。したがって、回収したこれら分解副生物をそれぞれケイ素源或いはフッ素源等として経済的に再生利用することが可能となる。
10…排ガス処理装置
12…排ガス加熱装置
12a…排ガス処理空間
14…冷却装置
16…集塵装置
18…フッ素回収装置
20…排気ファン
32…バグフィルター
40…フッ化水素吸着筒
42…配管系
44…ケーシング
46…固形吸着剤
70…フッ化水素濃縮器
74…スプレー装置
76…回収槽
12…排ガス加熱装置
12a…排ガス処理空間
14…冷却装置
16…集塵装置
18…フッ素回収装置
20…排気ファン
32…バグフィルター
40…フッ化水素吸着筒
42…配管系
44…ケーシング
46…固形吸着剤
70…フッ化水素濃縮器
74…スプレー装置
76…回収槽
以下、本発明を図示実施例に従って詳述する。図1は、本発明の排ガス処理方法が用いられた一実施例(第1実施例)の排ガス処理装置10の概要を示すフロー図である。この図が示すように、本実施例の排ガス処理装置10は、大略、排ガス加熱装置12,冷却装置14,集塵装置16,フッ素回収装置18及び排気ファン20をこの順に接続して構成されている。
排ガス加熱装置12は、図示しない半導体製造装置から排出され、排ガス導入配管22を介して供給されるシラン系ガス及びフッ素系ガスを含有する排ガスEを概ね800℃前後の高温で加熱分解して熱処理済排ガスTとする装置であり、その内部に設けられた排ガス処理空間12aには、例えば電熱ヒーターなどの熱源12bが装備されている。なお、熱源12bは、電熱ヒーターに限定されるものではなく、大気圧プラズマや燃料バーナーなどであってもよい。
また、図示しないが、排ガス導入配管22と排ガス加熱装置12との接続部分近傍には、排ガスE中のシラン系ガス及びフッ素系ガスの加熱分解に必要な酸素や水分或いは必要に応じて水素等を供給する分解助剤供給手段が取り付けられている。この分解助剤供給手段にて供給される酸素や水分或いは水素等は、これらの純物質を単体で供給するようにしてもよいし、例えば、酸素源として空気を、又、水素源として都市ガスなどの低級飽和炭化水素を供給するようにしてもよい。
本実施例の排ガス加熱装置12の底部には、その内径が下向きに狭まった漏斗状の排出部12cが形成されており、該排出部12cの先端(図1における下端)に熱処理済排ガス導出配管24の上流側端部が接続されている。このような排出部12cを設けることによって、熱処理済排ガスTのみならず、シラン系ガスを加熱分解した際に副生するシリカの粉塵も効率よく排ガス処理空間12aから排出させることができる。
また、この排出部12c近傍には、排出部12c内に空気を供給し、熱処理済排ガス導出配管24へ向けた気流を発生させる空気供給配管26が接続されており、これにより、排ガス処理空間12a内で副生した粉塵が熱処理済排ガス導出配管24へと効果的に送り込まれるようになっている。
冷却装置14は、熱処理済排ガス導出配管24上に取り付けられ、排ガス処理空間12aから排出され当該配管24内を通流する熱処理済排ガスTの温度を水の気化温度以上で且つ後述するバグフィルター32の耐熱温度以下に冷却する装置である。本実施例では、図2に示すように、熱処理済排ガスTを冷却する冷媒として冷却水W1を用いているが、熱処理済排ガスTの温度を水の気化温度以上で且つバグフィルター32の耐熱温度以下に冷却できるものであればこの冷媒(更に云えば冷却装置14そのもの)は如何なるものであってもよい。
なお、冷却装置14によって冷却される熱処理済排ガスTの温度は、熱処理済排ガスTが後述するバグフィルター32を通過する際の温度が水の気化温度以上で且つバグフィルター32の耐熱温度以下の範囲内であればよく、冷却装置14を通過する時点においては当該温度範囲を超えていても構わない。
また、本実施例では、冷却装置14を熱処理済排ガス導出配管24上に設け、熱処理済排ガスTを直接冷却する場合を示したが、例えば、この冷却装置14を空気供給配管26上に設置して排出部12cに供給する空気を冷却し、排出部12c内に供給されるこの冷却空気を介して熱処理済排ガスTの温度が水の気化温度以上で且つバグフィルター32の耐熱温度以下の範囲となるようにしてもよい。
集塵装置16は、混合排ガスE中のシラン系ガスの加熱分解によって副生したシリカ[二酸化ケイ素(SiO2)]の粉塵を熱処理済排ガスT中から除去及び回収する装置で、本実施例の排ガス処理装置10では、図2に示すように、一組の集塵装置16a、16bが並設されている。勿論、集塵装置16の台数は1台でもよいし、3台以上を一組として設置してもよい。なお、集塵装置16を複数台設置することにより、その一部の運転を停止してバックアップ用とすることができる。その結果、集塵装置16のメンテナンスやトラブルなどの際に排ガス処理装置10全体の運転を停止する必要がなくなり、当該排ガス処理装置10の長期間連続運転が可能となる。
この集塵装置16は、大略、ケーシング28,仕切り部材30及びバグフィルター32で構成されている。
ケーシング28は、ステンレスなどの金属材料(勿論、耐熱性および耐食性を有する材料であれば、他の材料であってもよい。)で形成された内部空間を有する密閉筒状体である。このケーシング28の内部空間は、仕切り部材30で上下2つの空間に仕切られており、下側の空間が排ガス導入空間28aとなっており、上側の空間が排ガス導出空間28bとなっている。そして、排ガス導入空間28aには、熱処理済排ガス導出配管24から分岐した枝配管24aの下流側端部が連通接続されており、排ガス導出空間28bには、粉塵除去排ガス通流配管34から分岐した枝配管34aの上流側端部が連通接続されている。
仕切り部材30は、ケーシング28の内部空間にて水平方向に架設され、上述のようにケーシング28の内部空間を排ガス導入空間28aと排ガス導出空間28bとに仕切るステンレス鋼板製(勿論、耐熱性および耐食性を有する材料であれば、他の材料であってもよい。)の部材で、その表面には排ガス導入空間28aと排ガス導出空間28bとを互いに連通する複数の連通孔30aが設けられている。そしてこの連通孔に30aには、後述するバグフィルター32の形状を維持するための骨組みであるリテーナー36が、排ガス導入空間28aへ向けて突出するようにして取り付けられている。
バグフィルター32は、PTFE(4フッ化エチレン)繊維等の耐熱性の繊維からなる布帛(不織布や織布)で構成された細長袋状の濾材で、リテーナー36の排ガス導入空間28a側表面を覆うように被せられると共に、その開口部側が仕切り部材30の連通孔30aに対し、熱処理済排ガスTのリークがないように密着して取り付けられる。
ここで、バグフィルター32の耐熱温度は、濾材を構成する繊維の温度に依存し、例えば、上述のように濾材がPTFE繊維からなる場合、バグフィルター32の耐熱温度は概ね260℃前後となる。
なお、図2に示す実施例では、各集塵装置16a,16bそれぞれに3本のバグフィルター32が用いられているが、バグフィルター32の本数は当然3本に限られることはなく、処理すべき熱処理済排ガスTの流量や熱処理済排ガスT中の粉塵の量に応じてバグフィルター32の本数を適宜設定することができる。又、バグフィルター32の長さも、熱処理済排ガスT中の粉塵の量、或いはケーシング28の排ガス導入空間28aの高さに応じて適宜設定することができる。
本実施例の集塵装置16には、コンプレッサー38aと、該コンプレッサー38aによって発生した圧縮空気をリテーナー36の内部空間(表面排ガス導出空間28bに連通する側の空間)に送給するブロー配管38bとで構成されたブロー装置38が取り付けられている。このため、バグフィルター32の表面に堆積した粉塵がある一定以上の量となりバグフィルター32の圧力損失が所定値を超えると、当該ブロー装置38を作動させ、バグフィルター32に堆積した粉塵を圧縮空気で払い落とすようにしている。
フッ素回収装置18は、排ガスE中のフッ素系ガスの加熱分解によって副生したフッ化水素を熱処理済排ガスT中から除去及び回収する装置で、本実施例の排ガス処理装置10では、このフッ素回収装置18が、図3に示すように、一組のフッ化水素吸着筒40A及び40Bと、該フッ化水素吸着筒40A及び40Bを直列・並列切替可能に接続する配管系42とで構成されている。
フッ化水素吸着筒40A及び40Bは、大略、ケーシング44及び固形吸着剤46で構成されている(図3参照)。ここで、フッ化水素吸着筒40の大きさ、特にその内部容量は、熱処理済排ガスT中に含まれるフッ化水素の量に応じて適宜設定することができる。
ケーシング44は、ステンレスなどの金属材料(勿論、耐熱性および耐食性を有する材料であれば、他の材料であってもよい。)からなる筒状の容器であり、互いに対向する一対の側面(図3に示す物の場合は上下面)には、通気孔44a及び44bが設けられている。
固形吸着剤46は、ケーシング44の内部に充填され、当該ケーシング44の内部を通流する熱処理済排ガスT中のフッ化水素を化学的に吸着して保持するものであり、主として消石灰(Ca(OH)2)で構成されている。
配管系42は、
(1)両端が一対のフッ化水素吸着筒40A及び40Bにおける一方の通気孔44aにそれぞれ接続され、且つその管路途中に集塵装置16を通過した熱処理済排ガスTを通流させる粉塵除去排ガス通流配管34が接続されると共に、粉塵除去排ガス通流配管34から一対のフッ化水素吸着筒40A及び40Bにおける一方の通気孔44aへの流路を開閉する一対の粉塵除去排ガス用バルブV1及びV2が取り付けられた第1連通配管50、
(2)両端が一対のフッ化水素吸着筒40A及び40Bにおける他方の通気孔44bにそれぞれ接続され、且つその管路途中に熱処理済排ガスTの流路を開閉する流路開閉バルブV3が取り付けられた第2連通配管52、
(3)両端が第1連通配管50の各端と粉塵除去排ガス用バルブV1及びV2との間における第1連通配管50の管路にそれぞれ接続され、且つその管路途中に熱処理済排ガス放出配管64が接続されると共に、その両端部に流路を開閉する一対の排ガス放出流路開閉バルブV4及びV5がそれぞれ取り付けられた第1バイパス配管54、
(4)一端が第2連通配管52における一方のフッ化水素吸着筒40Aにおける他方の通気孔44bと流路開閉バルブV3との間の管路に接続されると共に、他端が第2連通配管52における他方のフッ化水素吸着筒40Bにおける他方の通気孔44bと流路開閉バルブV3との間の管路に接続され、且つ互いに間隔を置いて一対のバイパス開閉バルブV6及びV7が取り付けられた第2バイパス配管56、および
(5)一端が第1バイパス配管54における排ガス放出流路開閉バルブV4及びV5間の管路に接続され、他端が第2バイパス配管56におけるバイパス開閉バルブV6及びV7間の管路に接続されたバイパス連通配管58で構成されている。
(1)両端が一対のフッ化水素吸着筒40A及び40Bにおける一方の通気孔44aにそれぞれ接続され、且つその管路途中に集塵装置16を通過した熱処理済排ガスTを通流させる粉塵除去排ガス通流配管34が接続されると共に、粉塵除去排ガス通流配管34から一対のフッ化水素吸着筒40A及び40Bにおける一方の通気孔44aへの流路を開閉する一対の粉塵除去排ガス用バルブV1及びV2が取り付けられた第1連通配管50、
(2)両端が一対のフッ化水素吸着筒40A及び40Bにおける他方の通気孔44bにそれぞれ接続され、且つその管路途中に熱処理済排ガスTの流路を開閉する流路開閉バルブV3が取り付けられた第2連通配管52、
(3)両端が第1連通配管50の各端と粉塵除去排ガス用バルブV1及びV2との間における第1連通配管50の管路にそれぞれ接続され、且つその管路途中に熱処理済排ガス放出配管64が接続されると共に、その両端部に流路を開閉する一対の排ガス放出流路開閉バルブV4及びV5がそれぞれ取り付けられた第1バイパス配管54、
(4)一端が第2連通配管52における一方のフッ化水素吸着筒40Aにおける他方の通気孔44bと流路開閉バルブV3との間の管路に接続されると共に、他端が第2連通配管52における他方のフッ化水素吸着筒40Bにおける他方の通気孔44bと流路開閉バルブV3との間の管路に接続され、且つ互いに間隔を置いて一対のバイパス開閉バルブV6及びV7が取り付けられた第2バイパス配管56、および
(5)一端が第1バイパス配管54における排ガス放出流路開閉バルブV4及びV5間の管路に接続され、他端が第2バイパス配管56におけるバイパス開閉バルブV6及びV7間の管路に接続されたバイパス連通配管58で構成されている。
また、この配管系42には、フッ化水素吸着筒40A及び40B(より具体的には、通気孔44a及び44b)との接続部分にユニオン継手60などの接続手段が介装されており、フッ化水素吸着筒40A及び40Bが簡単に着脱できるようになっている。
さらに、第1連通配管50と第1バイパス配管54との接続部分近傍には、フッ化水素吸着筒40A及び40Bを交換する際に、フッ化水素吸着筒40A及び40Bの内部に残留する熱処理済排ガスTをパージするためのN2(窒素)ガスを供給するN2ガス供給装置62が取り付けられている。
フッ化水素吸着筒40A及び40Bの接続にかかる配管系42を用いることによって、上述のようにフッ化水素吸着筒40A及び40Bを直列又は並列に切り替えて使用することができる。以下、各バルブV1〜V7を操作して切替られる配管系42の熱処理済排ガスTの通流経路について説明する。
図4は、フッ化水素吸着筒40A及び40Bを直列に接続する場合を示したものである。各バルブV1,V3及びV5が開操作され、各バルブV2,V4,V6及びV7が閉操作された状態となっており、粉塵除去排ガス通流配管34からフッ素回収装置18に導入された熱処理済排ガスTは、フッ化水素吸着筒40A及び40Bをこの順で通流した後、熱処理済排ガス放出配管64へと排出される。なお、図4〜7において、網掛け部分は熱処理済排ガスTの通流経路を示す。また、黒塗りの各バルブV1〜7は閉操作されていることを、白抜きの各バルブV1〜7は開操作されていることを示す。
このように2つのフッ化水素吸着筒40A及び40Bを直列に接続すれば、熱処理済排ガスTは、第1のフッ化水素吸着筒40Aで処理された後、さらに第2のフッ化水素吸着筒40Bで処理されるので、熱処理済排ガスT中のフッ化水素濃度が高い場合や排気ファン20から排ガス処理装置10の外部へ排出される熱処理済排ガスT中のフッ化水素濃度を極めて低くする必要がある場合など、フッ化水素等の除去効率を極大化させる必要がある場合に対応することができる。
図5は、図4に示す場合と同様に、フッ化水素吸着筒40A及び40Bを直列に接続するものであるが、各バルブV2,V3及びV4が開操作され、各バルブV1,V5,V6及びV7が閉操作された状態となっており、粉塵除去排ガス通流配管34からフッ素回収装置18に導入された熱処理済排ガスTは、フッ化水素吸着筒40B及び40Aをこの順で通流した後、熱処理済排ガス放出配管64へと排出される。このため、図4に示した熱処理済排ガスTの通流経路と図5に示した熱処理済排ガスTの通流経路とを交互に切り替えることによって、フッ化水素吸着筒40A及び40Bに充填した固形吸着剤46全体を無駄なく効率的にフッ化水素の吸着に使用することができる。
図6及び図7は、フッ化水素吸着筒40A又は40BにN2ガスをパージしてフッ化水素吸着筒40A又は40Bを交換する際、或いはフッ化水素吸着筒40A又は40Bの何れか一方をフッ化水素の吸着に使用し、他の一方をバックアップ用とする場合の熱処理済排ガスTの通流経路を示したものである。
なお、図示しないが、各バルブV1、V2,V6及びV7を開操作し、各バルブV3,V4及びV5を閉操作することによって、フッ化水素吸着筒40A及び40Bを並列に接続することもできる。このように、フッ化水素吸着筒40A及び40Bを並列に接続すれば、フッ素回収装置18に導入された熱処理済排ガスTは、第1のフッ化水素吸着筒40Aと第2のフッ化水素吸着筒40Bとに分かれてフッ化水素の吸着処理がされるので、処理すべき熱処理済排ガスTの量が多い場合に対応することができる。
また、各バルブV1〜V7を電磁弁で構成すると共に、該バルブV1〜V7を所定のプログラム(例えば、上述のようなバルブの開閉状態をプログラミングしたもの)で電気制御するようにしてもよい。こうすることにより、各バルブV1〜V7の誤作動を防止できると共に、排ガス処理装置10のオペレーターの作業負担を著しく軽減することができる。
排気ファン20は、フッ素回収装置18の排出側に取り付けられた熱処理済排ガス放出配管64に接続されており、この排気ファン20が稼働することにより、排ガス処理装置10の内部における排気ファン20よりも上流側が常に大気圧よりも低い圧力(=負圧)に保たれている。このため、排ガスFや排ガスF中の粉塵あるいはフッ素化合物等が誤って排ガス除害装置10から外部へ漏れ出すことがない。
なお、本実施例の排ガス処理装置10では、集塵装置16のケーシング28の内面や仕切り部材30、熱処理済排ガス導出配管24や粉塵除去排ガス通流配管34等の内面には、熱処理済排ガスTに含まれるフッ化水素などの腐食性成分による腐蝕から各部を守るため、塩化ビニル,ポリエチレン,不飽和ポリエステル樹脂およびフッ素樹脂などによる耐蝕性のライニングやコーティングが施されている。
以上のように構成された排ガス処理装置10を用いてシラン系ガス、フッ素系ガス及び水素を含む混合排ガスEを処理する際には、「排ガス加熱分解工程」、「シリカ回収工程」及び「フッ素回収工程」がこの順に実行される。
「排ガス加熱分解工程」は、図示しない半導体製造装置から排出されたシラン系ガス及びフッ素系ガスを含有する排ガスEを排ガス加熱装置12で加熱分解する工程である。 具体的には、半導体製造装置から排出された排ガスEが排ガス導入配管22を経由して排ガス加熱装置12の排ガス処理空間12aに供給される。
ここで、排ガス処理空間12aに供給される排ガスEには、シラン系ガス及びフッ素系ガスが同時に混入している場合(例えば、複数台の半導体製造装置から排出される排ガスを集合させて処理するような場合)と、半導体製造装置の動作に従ってシラン系ガス及びフッ素系ガスが逐次混入する場合(例えば、1台の半導体製造装置から排出される排ガスを連続的に処理するような場合)とがあるが、本発明の排ガス処理装置10では何れの場合であっても何ら変わることなく除害処理が可能である。
また、排ガス処理空間12aには、排ガスEの供給と同時に、酸素や水分或いは水素などの分解助剤が必要に応じて添加される。
そして、排ガス処理空間12a内に供給された排ガスEは、800℃前後の高温に曝されることによって加熱分解し、熱処理済排ガスTとなる。この際、排ガス処理空間12a内では、上記式(1),(2-1)及び(2-2)で例示するような反応が起こり、シラン系ガスからシリカの粉塵と水が、フッ素系ガスからフッ化水素(HF)と水がそれぞれ副生し、これら分解副生物が熱処理済排ガスT中に存在する事となる。
なお、排ガス処理空間12a内における排ガスEの加熱分解温度は、半導体製造装置で使用されるガス種によって適宜設定すべきものであり、熱源12bが電熱ヒーターの場合には概ね600℃〜1300℃の範囲で設定でき、熱源12bが大気圧プラズマの場合には概ね1300℃以上に設定することができる。
「シリカ回収工程」は、熱処理済排ガスTを水の気化温度以上で且つバグフィルターの耐熱温度以下の温度に冷却し、「排ガス加熱分解工程」で副生したシラン系ガス由来のシリカの粉塵をバグフィルター32で捕捉する工程である。具体的には、排気ファン20の吸引力によって排ガス加熱装置12より排出された熱処理済排ガスTは、熱処理済排ガス導出配管24を通過する際、冷却装置14によってバグフィルター32を通過する際の温度が水の気化温度以上で且つバグフィルターの耐熱温度以下の温度となるように冷却され、集塵装置16へと送られる。
そして、この集塵装置16では、上記温度範囲にてガス状態である水分やフッ化水素はバグフィルター32を通過し、粉体であるシリカのみが当該バグフィルター32によって捕捉され処理済み排ガスT中から除去及び回収される。このため、熱処理済排ガスT中からシリカの粉塵を比較的高い純度で回収することができ、その後の廃棄処理をスムーズに行なえるばかりでなく、このシリカの粉塵を有価物として活用することもできる。つまり、回収したシリカの粉塵をケイ素源として再生利用することができる。
「フッ素回収工程」は、「排ガス加熱分解工程」で副生したフッ素系ガス由来のフッ化水素をフッ素回収装置18で捕集する工程である。具体的には、排気ファン20の吸引力によって集塵装置16より排出された熱処理済排ガスTは、粉塵除去排ガス通流配管34を通過した後、フッ素回収装置18に投入される。
そして、このフッ素回収装置18では、フッ化水素吸着筒40に充填された消石灰からなる固形吸着剤46によって熱処理済排ガスT中のフッ化水素が吸着され、該熱処理済排ガスT中からフッ化水素が除去及び回収される。なお、これにより、処理対象ガスT、延いては排ガスEの除害処理が完了する。ここで、熱処理済排ガスT中のフッ化水素と固形吸着剤46の消石灰との間では下式(3)のような反応が起こり、フッ化水素を吸着した消石灰が蛍石へと変化する。
2HF + Ca(OH)2 → CaF2[蛍石] + 2H2O … 式(3)
2HF + Ca(OH)2 → CaF2[蛍石] + 2H2O … 式(3)
このため、熱処理済排ガスTから回収したフッ化水素を安全に取り扱うことができるようになるのに加え、この蛍石にはシリカの粉塵が殆んど混入していないことから、有価物として活用することもできる。つまり、フッ化水素を回収して得た蛍石をフッ素源として再生利用することができる。
なお、上述の実施例では、集塵装置16としてバグフィルター32を用いた濾過式集塵機を使用する場合を示したが、これに代えて電気集塵機やサイクロン集塵機など他の集塵機を用いることも可能である。これら他の集塵機を使用することにより、集塵装置16に導入する熱処理済排ガスTの上限温度の規制を緩和させることができる。しかしながら、電気集塵機であれば定常運転の際に別途電力が必要であり且つ設備が大型化する点やサイクロン集塵機であればきめ細かな差圧管理(捕集効率の維持管理)が必要になると云った点などについては考慮が必要となる。
次に、図8に示す第2実施例の排ガス処理装置10について説明する。図8は、第2実施例の排ガス処理装置10の要部(具体的には、フッ素回収装置18)を示す概略図である。この図が示すように第2実施例の排ガス処理装置10では、フッ素回収装置18が、フッ化水素濃縮器70と、必要に応じて設けられるフッ化水素吸着筒40とで構成されている。なお、これら以外の部分は前記第1実施例と同じであるので、上記第1実施例の説明を援用して本実施例の説明に代える。
フッ化水素濃縮器70は、熱処理済排ガスTを露点以下(具体的には概ね60℃以下)の温度に冷却することによって生じた結露水にフッ化水素を吸着させて回収する装置で、ケーシング72と、急冷手段としてのスプレー装置74とを有する。
ケーシング72は、ステンレスなどの金属材料(勿論、耐熱性および耐食性を有する材料であれば、他の材料であってもよい。)で形成され、内部空間72aを有する密閉筒状の部材であり、その内部空間72aの下部が、スプレー装置74にて循環させる水W2を貯留すると共に、熱処理済排ガスTを冷却した際に生じる結露水を回収する回収槽76となっている。そして、ケーシング72の側面における回収槽76の直上位置には、粉塵除去排ガス通流配管34の下流側端部が接続されており、ケーシング72の天井面には熱処理済排ガス放出配管64の上流側端部が接続されている。又、ケーシングの内部空間72aには、後述するスプレー装置74によって噴射される冷却水と熱処理済排ガスTとの気液接触を効率よく行なうため、フィラメント状充填物78(例えば、テラレット(登録商標)など)が取り付けられている。
スプレー装置74は、回収槽76に貯留されている水W2を揚水するためのポンプ80と、このポンプ80によって揚水された水W2をケーシング72の内部空間72a上部に移送する水移送配管82と、水移送配管82の途中に取り付けられ、該配管82内を通流する水W2を冷却する冷却装置84と、水移送配管82の先端に取り付けられたスプレーノズル86とで構成されている。更に、水移送配管80の途中には、必要に応じてスプレー装置74に新水W3を供給するための給水装置88が取り付けられている。
フッ化水素吸着筒40は、上述した実施例1のものと同様のものであり、ステンレスなどの金属材料からなる筒状のケーシングと、主として消石灰で構成され、該ケーシング内に充填された固形吸着剤とを有する。
次に、本実施例のフッ素回収装置18の作用について説明する。まず始めに、集塵装置16を通過し、粉塵除去排ガス通流配管34を経由してフッ化水素濃縮器70のケーシング72内に導入された熱処理済排ガスTは、スプレーノズル86から噴射される冷却水W2によって露点以下の温度に急冷される。その結果、熱処理済排ガスT中にてガス状態で存在していた水蒸気が凝結して微小水滴が発生する。この微小水滴は比表面積が極めて大きいことから、熱処理済排ガスT中のフッ化水素と効果的に気液接触しフッ酸が生成する。又、スプレーノズル86から噴射された冷却水W2とフッ化水素との間でも気液接触が生じフッ酸が生成される。そして、生成したフッ酸を回収槽76に回収することにより、熱処理済排ガスT中のフッ化水素と水の多くが当該熱処理済排ガスT中から除去される。又同時に、回収槽76には高純度で且つ高濃度のフッ酸が蓄積する。
ここで、上述したように太陽電池パネルの生産に用いられるCVD装置では、大量のシラン系ガス,フッ素系ガスに加えて、大量の水素も使用されるので、当該CVD装置から排出される排ガスEを加熱分解した際には、大量のシリカの粉塵やフッ化水素に加えて大量の水が副生するようになる。しかしながら、本実施例のフッ化水素濃縮器70を用いれば、大量のフッ化水素と同時に熱処理済排ガスT中に含まれる大量の水もフッ酸として回収することができる。なお、このような場合、給水装置88による新水W3の供給を行なわなくてもよい場合がある。
一方、排ガスE中に水素を含まないか或いは水素濃度が低い場合には、排ガスEの加熱分解によって副生する水の量が極めて少なくなるので、気液接触によるフッ化水素の吸収・除去を促進させるため、給水装置88による新水W3の供給が必要となる。
そして、フッ化水素濃縮器70を通過した熱処理済排ガスTは、熱処理済排ガス放出配管64を経由してフッ化水素吸着筒40に導入され、このフッ化水素吸着筒40内で熱処理済排ガスT中に僅かの残留するフッ化水素が消石灰によって吸着される。このため、最終的に大気中へと排出される熱処理済排ガスTのクリーン度をより一層向上させることができる。
ここで、本実施例のように、フッ化水素濃縮器70とフッ化水素吸着筒40とを併用してフッ素回収装置18を構成すれば、フッ化水素濃縮器70及びフッ化水素吸着筒40の弱点を相互に補完することができる。すなわち、フッ化水素濃縮器70のみで熱処理済排ガスT中のフッ化水素を完全に除去しようとした場合、スプレーノズル86による冷却水W2の噴射を多段化したり冷却水温度の低温化を図る必要があり、フッ化水素濃縮器70が大型で且つ複雑なものとなる。しかしながら、後段にフッ化水素吸着筒40を設けることによって、フッ化水素濃縮器70として図8に示すようなシンプル且つ小型のものを使用することができる。
一方、フッ化水素吸着筒40のみで熱処理済排ガスT中のフッ化水素を完全に除去しようとした場合、ケーシング内部に充填した固形吸着剤を頻繁に交換しなければならないが、前段にフッ化水素濃縮器70を設置することにより、固形吸着剤の交換頻度を著しく低減させることができる。
なお、除害対象である排ガスEの種類によっては、フッ素回収装置18をフッ化水素濃縮器70のみで構成した場合であっても、熱処理済排ガスT中のフッ化水素を十分に除去することができる場合があり、このような場合にはフッ化水素吸着筒40を設けなくてもよい。
また、上述の例では、フッ化水素濃縮器70の急冷手段としてスプレー装置74を用いる場合を示したが、熱処理済排ガスT中に、当該排ガスT中に含まれるフッ化水素の全てと反応できる量以上の水が含まれている場合には、このスプレー装置74に替えて、熱交換型冷却装置などの他の急冷手段を用いるようにしてもよい。
Claims (9)
- シラン系ガス及びフッ素系ガスが同時に又は逐次混入する排ガスに、必要に応じて酸素や水分或いは水素を添加し、これを加熱分解して熱処理済排ガスとする排ガス加熱分解工程と、
前記熱処理済排ガスを水の気化温度以上で且つバグフィルターの耐熱温度以下の温度に冷却し、前記排ガス加熱分解工程で副生したシラン系ガス由来のシリカの粉塵をバグフィルターで捕捉して回収するシリカ回収工程と、
前記シリカ回収工程の後、前記排ガス加熱分解工程で副生したフッ素系ガス由来のフッ化水素を前記熱処理済排ガス中から除去して回収するフッ素回収工程とで構成されていることを特徴とするシラン系ガス及びフッ素系ガス含有排ガスの処理方法。 - 前記フッ素回収工程におけるフッ化水素の回収方法が、前記処理済ガス中のフッ化水素を消石灰に吸着させて回収する乾式吸着法であることを特徴とする請求の範囲第1項に記載のシラン系ガス及びフッ素系ガス含有排ガスの処理方法。
- 前記フッ素回収工程におけるフッ化水素の回収方法が、前記シリカ回収工程を経た前記熱処理済排ガスの温度を、前記熱処理済排ガス中の水蒸気が凝結する露点以下に冷却し、その際に生じる結露水にフッ化水素を吸着させて回収する湿式吸着法であることを特徴とする請求の範囲第1項に記載のシラン系ガス及びフッ素系ガス含有排ガスの処理方法。
- 内部に形成された排ガス処理空間で、シラン系ガス及びフッ素系ガスが同時に又は逐次混入する排ガスに必要に応じて酸素や水分或いは水素を添加して加熱分解する排ガス加熱装置と、
前記排ガス加熱装置で加熱分解して得られた熱処理済排ガスを水の気化温度以上で且つバグフィルターの耐熱温度以下に冷却する冷却装置と、
前記冷却装置を通過した前記熱処理済排ガス中のシリカの粉塵を捕捉するバグフィルターを備えた集塵装置と、
前記集塵装置を通過した熱処理済排ガス中のフッ化水素を捕集するフッ素回収装置とで構成されていることを特徴とする排ガス処理装置。 - 前記フッ素回収装置が、内部を熱処理済排ガスが通流するケーシングと、消石灰からなり前記ケーシングの内部に充填される固形吸着剤とで構成されたフッ化水素吸着筒を備えることを特徴とする請求の範囲第4項に記載の排ガス処理装置。
- 前記フッ素回収装置が、前記熱処理済排ガスを露点以下の温度となるように急冷する急冷手段と、前記急冷手段によって熱処理済排ガス中に生じた結露水にフッ化水素を吸着させた後、当該結露水を回収する回収槽とで構成されたフッ化水素濃縮器を備えることを特徴とする請求の範囲第4項に記載の排ガス処理装置。
- 前記排ガス加熱装置の底部には、内径が下向きに狭まった漏斗状の排出部が形成されており、
前記排出部の先端には、熱処理済排ガス導出配管が接続されており、
前記排出部の近傍には、前記排出部内に空気を供給し、前記熱処理済排ガス導出配管へ向けた気流を発生させる空気供給配管がさらに接続されていることを特徴とする請求の範囲第4ないし6項のいずれかに記載の排ガス処理装置。 - 内部に形成された排ガス処理空間で、シラン系ガス及びフッ素系ガスが同時に又は逐次混入する排ガスに必要に応じて酸素や水分或いは水素を添加して加熱分解する排ガス加熱装置と、
前記排ガス加熱装置で加熱分解して得られた熱処理済排ガス中のシリカの粉塵を捕捉するバグフィルターを備えた集塵装置と、
前記集塵装置を通過した熱処理済排ガス中のフッ化水素を捕集するフッ素回収装置とを備えており、
前記排ガス加熱装置の底部には、内径が下向きに狭まった漏斗状の排出部が形成されており、
前記排出部の先端には、熱処理済排ガス導出配管が接続されており、
前記排出部の近傍には、前記排出部内に空気を供給し、前記熱処理済排ガス導出配管へ向けた気流を発生させる空気供給配管が接続されており、
前記空気供給配管を通して前記排出部に供給する空気を冷却し、この空気を介して前記熱処理済排ガスの温度が水の気化温度以上で且つバグフィルターの耐熱温度以下に冷却する冷却装置をさらに備えていることを特徴とする排ガス処理装置。 - 前記フッ素回収装置は、一組のフッ化水素吸着筒と、前記一組のフッ化水素吸着筒を直列・並列切替可能に接続する配管系とを有しており、
前記フッ化水素吸着筒の互いに対向する一対の側面には、一対の通気孔が設けられており、
前記配管系は、
(1)両端が前記一対のフッ化水素吸着筒における一方の前記通気孔にそれぞれ接続され、且つその管路途中に前記集塵装置を通過した前記熱処理済排ガスを通流させる粉塵除去排ガス通流配管が接続されると共に、前記粉塵除去排ガス通流配管から前記一対のフッ化水素吸着筒における前記一方の通気孔への流路を開閉する一対の粉塵除去排ガス用バルブが取り付けられた第1連通配管、
(2)両端が前記一対のフッ化水素吸着筒における他方の前記通気孔にそれぞれ接続され、且つその管路途中に前記熱処理済排ガスの流路を開閉する流路開閉バルブが取り付けられた第2連通配管、
(3)両端が前記第1連通配管の各端と前記粉塵除去排ガス用バルブとの間における前記第1連通配管の管路にそれぞれ接続され、且つその管路途中に熱処理済排ガス放出配管が接続されると共に、その両端部に流路を開閉する一対の排ガス放出流路開閉バルブがそれぞれ取り付けられた第1バイパス配管、
(4)一端が前記第2連通配管における一方の前記フッ化水素吸着筒における他方の通気孔と前記流路開閉バルブとの間の管路に接続されると共に、他端が前記第2連通配管における他方の前記フッ化水素吸着筒における他方の通気孔と前記流路開閉バルブとの間の管路に接続され、且つ互いに間隔を置いて一対のバイパス開閉バルブが取り付けられた第2バイパス配管、および
(5)一端が前記第1バイパス配管における前記排ガス放出流路開閉バルブ間の管路に接続され、他端が前記第2バイパス配管における前記バイパス開閉バルブ間の管路に接続されたバイパス連通配管で構成されていることを特徴とする請求の範囲第4ないし8項のいずれかに記載の排ガス処理装置。
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