JP2005185897A - 六フッ化硫黄ガスの処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ガス絶縁開閉装置などの絶縁媒体、ＬＳＩのドライエッチング剤あるいはフッ素化剤として使用されている六フッ化硫黄ガスの処理方法を提供する。
【解決手段】 六フッ化硫黄ガスを含む排ガスと処理剤とを接触させて当該排ガスから六フッ化硫黄ガスを除去する排ガスの処理方法において、前段で処理剤として触媒を含有した酸化珪素を用い、フッ化珪素ガスおよび酸化硫黄ガスを生成させ、後段で該生成ガスをアルカリ薬剤充填筒または湿式スクラバーで処理する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ガス絶縁開閉装置などの絶縁媒体、ＬＳＩのドライエッチング剤あるいはフッ素化剤として使用されている六フッ化硫黄ガスの処理方法に関するものである。

六フッ化硫黄ガス（ＳＦ₆）は、ガス絶縁開閉装置などの絶縁媒体として多量に使われている。また近年、ＬＳＩのドライエッチング剤あるいはフッ素化剤としても注目され、その需要も年々増加している。これら六フッ化硫黄ガスを使用する場合には、その残ガス等の排気の際にその除害が常に必要となる。特に六フッ化硫黄ガスは、オゾン破壊係数（ＯＤＰ）や地球温暖化係数（ＧＷＰ）が高く、近年国際的に大きな問題となっている。

これら六フッ化硫黄ガスは、大気中で極めて安定であり、水にもわずかしか溶解しないため、アルカリ薬剤を用いた除害装置や湿式スクラバーといった従来の除害技術では完全に処理ができない。また、燃焼ガスや熱を利用した分解による除害技術においては、六フッ化硫黄ガスが分解するものの未分解成分が残留したり、さらに除害困難な四フッ化硫黄ガスが生成したりする。

本出願人は、ＮＦ₃の処理方法として、Ｓｉを始めとする各種金属、およびこれらの非酸化物系化合物とＮＦ₃を２００℃〜８００℃で反応させ、得られるフッ化物ガスを補集する方法を提案した（特許文献１）。しかしながらこの反応処理方法は、六フッ化硫黄ガスにおいては、必要な処理速度を得ようとするためには反応温度を高くしなければならず処理に余分の熱エネルギーを要し、反応器に要求される材質も高級品質なものになるという問題があった。また、六フッ化硫黄ガスをアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）の存在下で分子状の酸素や水蒸気を接触させて分解処理をすること（特許文献２、特許文献３）が、開示されているが完全ではない。

本発明は、この様な点に着目してなされたもので、処理速度の低下がない六フッ化硫黄ガスの除害方法を提供することを目的とする。
特公昭６３−４８５７０号公報 特開平１０−１９２６５３号公報 特開平１０−２８６４３４号公報

本発明者らは、かかる問題点に鑑み鋭意検討の結果、常温では反応性が低く除害処理が困難な六フッ化硫黄ガスを、触媒を含有した酸化珪素を用い、フッ化珪素ガスおよび酸化硫黄ガスを生成させ、そのフッ化珪素ガスおよび酸化硫黄ガスを処理することで、容易かつ安価に六フッ化硫黄ガスを除害処理できることを見いだし、本発明に到達したものである。

すなわち本発明は、六フッ化硫黄ガスを含む排ガスと処理剤とを接触させて当該排ガスから六フッ化硫黄ガスを除去する排ガスの処理方法において、前段で処理剤として触媒を含有した酸化珪素を用い、フッ化珪素ガスおよび酸化硫黄ガスを生成させ、後段で該生成ガスをアルカリ薬剤充填筒または湿式スクラバーで処理することを特徴とする六フッ化硫黄ガスの処理方法を提供するものである。

以下、本発明の内容を詳細に述べる。

本発明に用いる触媒を含有させた酸化珪素は、六フッ化硫黄ガスとの反応により、フッ化珪素ガスおよび酸化硫黄ガスを生成させる。フッ化珪素ガスは、ＳｉＦ₄、ＳｉＯＦ₂、Ｓｉ₂ＯＦ₆等であり、主にＳｉＦ₄を生成させる。また、酸化硫黄ガスは、ＳＯ₂、ＳＯＦ₂、ＳＯ₂Ｆ₂等であり、主にＳＯ₂を生成させる。

次に、含有させる触媒は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₃、またはＺｎＯである。これら触媒は、単独で含有させることもできるし、二種以上の混合物として含有させることもできる。また、触媒の量は、酸化珪素に対して、０．０１〜５重量％の範囲が好ましい。０．０１重量％未満だと触媒の効果が小さく好ましくなく、５重量％超だと酸化珪素とガスとの接触が少なくフッ化珪素ガスを生成できないため好ましくない。また、処理剤の加熱温度は、１００〜１０００℃の範囲が好ましい。１００℃未満だと反応速度が低く十分な反応効率が得られず、１０００℃を超えると酸化珪素や含有する触媒が軟化し、もしくは溶融し、ガスとの接触が充分なされなくなるため好ましくない。

最後に、生成されたフッ化珪素ガスおよび酸化硫黄ガスは、後段で水酸化カルシウム等のアルカリ薬剤を用いたアルカリ除害剤充填筒や水を使用した湿式スクラバー等の従来の除害技術で処理される。アルカリ除害剤充填筒では円筒内に水酸化カルシウムを主成分としたφ２〜５ｍｍ程度の粒状あるいは塊状に成形した除害剤が充填されており、上部から流入された上記生成ガスが、筒内で除害処理される。筒内では（１）式、（２）式のような反応式により上記ガス成分が固化し処理される。一方、湿式スクラバーでは円筒内の上部から水をノズルより噴射し分散させて、下部から流入された上記生成ガスが、ガスと水との接触により除害処理される。筒内では（３）式、（４）式のような反応式によりガス成分が液化あるいは固化し処理される。

ＳｉＦ₄＜気体＞＋２Ｃａ（ＯＨ）₂ ＜固体＞
→ＳｉＯ₂＜固体＞＋４ＣａＦ₂＜固体＞＋Ｏ₂＜気体＞・・・（１）
２ＳＯ₂＜気体＞＋２Ｃａ（ＯＨ）₂ ＜固体＞
→２ＣａＳＯ₃＜固体＞＋Ｈ₂Ｏ＜液体＞ ・・・（２）
ＳｉＦ₄＜気体＞＋２Ｈ₂Ｏ＜液体＞
→ＳｉＯ₂＜固体＞＋４ＨＦ＜液体＞ ・・・（３）
ＳＯ₂＜気体＞＋Ｈ₂Ｏ＜固体＞
→Ｈ₂ＳＯ₃＜液体＞ ・・・（４）

以上詳述したように、本発明の方法によれば六フッ化硫黄ガスを含む排ガスと処理剤とを接触させて当該排ガスから六フッ化硫黄ガスを除去する排ガスの処理方法において、前段で処理剤として触媒を含有させた酸化珪素を用い、フッ化珪素ガスおよび酸化硫黄ガスを生成させ、後段でそれら生成ガスを処理することにより、六フッ化硫黄ガスを容易かつ安価に処理することができる。

以下、実施例により具体的に説明するが、かかる実施例に限定されるものではない。

実施例１〜９、比較例１〜２
図１に本発明方法による六フッ化硫黄ガスの処理確認のための実験フローの概略図を示す。処理対象となる排ガスを含んだサンプルガス１で、このガスを触媒を含有した酸化珪素を充填した充填筒２に導入し接触させる。その充填筒２は、加熱ヒータ３により加熱し、充填筒２内部を加熱する。充填筒出口には、切替弁４があり、出口ガスを後段のアルカリ薬剤充填筒５、または湿式スクラバー６に切り替えて処理する。これらでは、前段で生成したフッ化珪素ガスおよび酸化硫黄ガスを処理することが可能となる。さらにそれらの下流は、前段のみを通過したガスと後段を通過したガスとを切り替えるための切替弁７があり、それぞれのガスをフーリエ変換式赤外線吸光分析装置（ＦＴ−ＩＲ）８に接続し、処理状態を確認できる。

実施例１においては、処理対象ガスとしてＳＦ₆＝１０００ｐｐｍを含む窒素ガスを用い、処理剤としてＰｔを０．１重量％含有させたＳｉＯ₂を用いた。この充填筒加熱温度は７００℃とした。この処理対象ガスを毎分５００ｃｍ³程度導入し接触させた。反応で生成したフッ化珪素ガスおよび酸化硫黄ガスをアルカリ薬剤充填装置（アルカリ薬剤は、酸化カルシウムを使用）で処理した後、フーリエ変換式赤外線吸光分析装置で確認した。その結果、ＳＦ₆は、検出下限の５ｐｐｍ以下であり、良好に処理されていることが確認できた。また、反応で生成したフッ化珪素ガスおよび酸化硫黄ガスを湿式スクラバーで処理した後においても、同様に良好に処理されていることが確認できた。前段での反応生成物をフーリエ変換式赤外線吸光分析装置で定量分析した結果、式（５）で示されるような化学反応式により、四フッ化珪素であるＳｉＦ₄および二酸化硫黄であるＳＯ₂が生成したものと考えられる。

２ＳＦ₆＋３ＳｉＯ₂→３ＳｉＦ₄＋２ＳＯ₂＋Ｏ₂・・・（５）

比較のため、Ｐｔを含まないＳｉＯ₂を用い、７００℃、１０００℃で実施例１と同様のガス処理を行った。その結果、表１に示したようにＳＦ₆は完全に除去できなかった。

次に、実施例１と同様な方法で、処理対象ガスとして、ＳＦ₆＝１０００ｐｐｍを含む窒素ガスを用い、触媒にＰｔ、Ｐｄ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₃、ＺｎＯの単一物質または混合物を用いた。触媒の濃度はいずれも０．１重量％とした。混合物の場合は、それぞれの成分がすべて０．１重量％となるようにした。この充填筒の加熱温度は５００〜６５０℃とした。反応で生成したフッ化金属ガスをアルカリ薬剤充填装置および湿式スクラバーで処理した後、フーリエ変換式赤外線吸光分析装置で確認した結果、いずれの分析方法においても、ＳＦ₆の検出下限の５ｐｐｍ以下であり、良好に処理されていることが確認できた。これらの条件及び結果を表１に示した。

実施例１０〜１２
実施例１と同様な方法で、処理対象ガスとして、ＳＦ₆＝１０００ｐｐｍを含む窒素ガスを用い、触媒にＰｔを用いた。触媒の濃度は、０．０１重量％、１重量％、５重量％とし、加熱温度は、７００℃とした。その結果、ＳＦ₆の検出下限の５ｐｐｍ以下であり、良好に処理されていることが確認できた。これらの条件及び結果を表１に示した。

六フッ化硫黄ガス除害処理の実験フローの概略図である。

符号の説明

１・・・サンプルガス（六フッ化硫黄＋窒素）
２・・・触媒を含有した酸化珪素の充填筒
３・・・充填筒加熱ヒータ
４・・・切り替え弁
５・・・アルカリ薬剤充填装置
６・・・湿式スクラバー
７・・・切り替え弁
８・・・フーリエ変換式赤外線吸光分析計

Claims (3)

1. 六フッ化硫黄ガスを含む排ガスと処理剤とを接触させて当該排ガスから六フッ化硫黄ガスを除去する排ガスの処理方法において、前段で処理剤として触媒を含有した酸化珪素を用い、フッ化珪素ガスおよび酸化硫黄ガスを生成させ、後段でそのフッ化珪素ガスおよび酸化硫黄ガスをアルカリ薬剤充填筒または湿式スクラバーで処理することを特徴とする六フッ化硫黄ガスの処理方法。
2. 触媒が、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₃、またはＺｎＯからなる一種または二種以上の混合物であることを特徴とする請求項１に記載の六フッ化硫黄ガスの処理方法。
3. 前段の処理剤を１００〜１０００℃に加熱することを特徴とする請求項１〜請求項２の何れかに記載の六フッ化硫黄ガスの処理方法。