JP2008253903A

JP2008253903A - ガス処理方法およびガス処理装置

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Publication number: JP2008253903A
Application number: JP2007097438A
Authority: JP
Inventors: Keiji Imamura; 啓志今村; Tatsuro Beppu; 達郎別府
Original assignee: Kanken Techno Co Ltd
Current assignee: Kanken Techno Co Ltd
Priority date: 2007-04-03
Filing date: 2007-04-03
Publication date: 2008-10-23

Abstract

【課題】塩素を含む処理対象ガスを、アルカリ薬剤などを用いることなく確実に無害化できるのはもとより、処理効率が極めて高く、しかも経済性に優れたガス処理方法およびその装置を提供する。
【解決手段】電熱ヒーター18で加熱した反応器16内に塩素を含む処理対象ガスEを導入して熱分解するガス処理方法において、反応器16内に理論空気量或いはそれ以下の空気を混合した低級飽和炭化水素ガスFを導入すると共に、反応器16内を低級飽和炭化水素ガスFの着火点以上の温度に保持して処理対象ガスEを熱分解し、次いで、熱分解により発生した排ガスGを水洗することを特徴とする。かかる構成により、排ガスG中の塩素を塩化水素に転換することができ、これを水洗することによって排ガス中から塩素成分を簡単且つ確実に除去することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、工業プロセス等から排出される人体に有害なガスやオゾン層破壊ガスなどを熱分解処理する装置に関する。

物を製造したり、処理したりする工業プロセスでは様々な種類のガスが使用されている。このため、工業プロセスから排出されるガス(以下、「処理対象ガス」という。)の種類も非常に多岐にわたっており、処理対象ガスの種類に応じて、様々な種類のガス処理方法およびガス処理装置が用いられている。

例えば、半導体製造プロセス一つを例にとっても、モノシラン（ＳｉＨ_４）、塩素系ガス、ＰＦＣｓ（パーフルオロコンパウンド）など様々な種類のガスが使用されている。これらのガスは人体や地球環境に対して悪影響を及ぼすことから、いずれかの手段によって分解或いは除去する必要があり、種々の処理方法が実用化されている。その代表例として、吸着式，湿式，電熱酸化分解式，火炎燃焼式などがあるが、各々長所と問題点とを有している。

このうち、電熱ヒーターを用いる電熱酸化分解式（例えば、特許文献１参照。）は、半導体製造プロセスにおける排ガス処理方法として現在最も普及している分解処理方法であり、処理対象ガスの分解処理に際して処理工程を制御しやすく、処理対象ガスを安全に分解処理することができる。
特開２００２−１８８８１０号公報

しかしながら、上述の電熱酸化分解式では、処理対象ガスに塩素成分又はフッ素成分の少なくとも一方が含まれていた場合（例えば半導体製造プロセスにおけるＣｌＦ₃やＳｉＨ₂Ｃｌ₂或いはＮＦ₃やＳＦ₆など）、熱分解処理後に塩素ガスやフッ素ガスが発生するようになる（勿論、塩素ガスやフッ素ガスの発生は電熱酸化分解式に限った問題ではない。）。

これら塩素ガスやフッ素ガスは人体に対して極めて有害であることから、上記熱分解処理後の排ガスを大気中へ放出する際には、排ガス中の塩素濃度をＴＬＶ値[米国産業衛生専門家会議(ＡＣＧＩＨ)が定めた労働衛生上の許容濃度]以下に削減しなければならない。

一般的に、除害対象物が塩素やフッ素の場合、苛性ソーダやアンモニアなどのアルカリ溶液を用いた湿式スクラバーで吸収処理しなければならならず、このためには高濃度で且つ大量のアルカリ薬剤を排ガス処理装置の近くに用意する必要がある。しかしながら、半導体の製造が行われるクリーンルーム環境下などでは、アルカリ薬剤による室内環境の汚染を極端に嫌うため、アルカリ薬剤の貯蔵が非常に困難であるという問題があった。

また、特に処理対象ガスが半導体製造プロセスから排出される半導体製造排ガスの場合、処理対象ガス中に多量の窒素が含まれており、当該ガスを熱分解することによって多量のサーマルＮＯｘが副生するようになるという問題もあった。

さらに、電熱酸化分解式で使用する電熱ヒーターは、クリーンではあるが、エネルギー源として相対的にエネルギー単価が高い電力のみを使用しているため、省エネルギー化にも限界があった。

それゆえに、本発明の主たる課題は、塩素成分又はフッ素成分の少なくとも一方を含む処理対象ガスを、アルカリ薬剤などを用いることなく確実に無害化できるのはもとより、処理効率が極めて高く、しかも経済性に優れたガス処理方法およびその装置を提供することである。

請求項１に記載した発明は、「電熱ヒーター(18)で加熱した反応器(16)内に塩素成分又はフッ素成分の少なくとも一方を含む処理対象ガス(E)を導入して熱分解するガス処理方法において、反応器(16)内に理論空気量或いはそれ以下の空気を混合した低級飽和炭化水素ガス(F)を導入すると共に、反応器(16)内を低級飽和炭化水素ガス(F)の着火点以上の温度に保持して処理対象ガス(E)を熱分解し、次いで、熱分解により発生した排ガス(G)を水洗する」ことを特徴とするガス処理方法である。

また、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載のガス処理方法を実行するガス処理装置(X)に関するものであり、「内部にガス処理空間(S)が形成された反応器(16)と、ガス処理空間(S)内に配設された電熱ヒーター(18)と、ガス処理空間(S)内に理論空気量或いはそれ以下の空気を混合した低級飽和炭化水素ガスを供給する分解助剤供給装置(20)と、反応器(16)で熱分解して発生した排ガス(G)を水洗する出口スクラバー(14)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、電熱ヒーター(18)を作動させて反応器(16)内を低級飽和炭化水素ガス(F)の着火点以上の温度に保持した後、反応器(16)内に分解助剤供給装置(20)から理論空気量或いはそれ以下の空気を混合した低級飽和炭化水素ガス(F)を供給すると、この低級飽和炭化水素ガス(F)と当該ガスに予め添加した空気中の酸素との間で予混合燃焼が進行すると共に、未燃の低級飽和炭化水素ガス(F)と反応器(16)内の酸素との間で拡散燃焼が進行する。そしてこれらの燃焼によって生じた熱により、低級飽和炭化水素ガス(F)の一部が熱分解し、反応器(16)内にラジカル状態の水素が多量に発生する。ここで、高温に保持された反応器(16)内に塩素成分又はフッ素成分の少なくとも一方を含む処理対象ガス(E)を導入すると、処理対象ガス(E)が熱分解すると共に、塩素ガスおよび／又はフッ素ガスが副生する。すると、反応器(16)内では、低級飽和炭化水素ガス(F)の熱分解によって生じた水素と、処理対象ガス(E)の熱分解によって生じた塩素ガスおよび／又はフッ素ガスとが反応して塩化水素および／又はフッ化水素が生成される。この塩化水素およびフッ化水素は水に極めて易溶であるため、熱分解後の排ガス(G)を水洗することによって排ガス(G)中から簡単且つ確実に塩素成分およびフッ素成分を除去することができる。

また、処理対象ガス(E)に多量の窒素が存在していると、反応器(16)内での熱分解の際にサーマルＮＯｘが副生する場合があるが、このサーマルＮＯｘも低級飽和炭化水素ガス(F)の燃焼によって生じたラジカル状態の水素と反応し、無害な窒素と水とに分解される。

さらに、低級飽和炭化水素ガス(F)の燃焼によって形成される高温の火炎(B)と電熱ヒーター(18)との両方を熱源として使用しているので、塩素成分又はフッ素成分の少なくとも一方を含む広範な種類の処理対象ガス(E)を熱分解することができるのと同時に、相対的にエネルギー単価が高い電力の一部を安価な低級飽和炭化水素ガス(F)に置き換えることが可能となる。

請求項３に記載した発明は、請求項２に記載のガス処理装置(X)において、「反応器(16)が、内部にガス処理空間(S)が形成された本体(16a)の互いに近接する位置にガス導入口(16b)とガス排出口(16c)とが開設されたものであり、電熱ヒーター(18)が、ガス導入口(16b)を囲繞するように一端が本体(16a)内に取り付けられ、ガス処理空間(S)を横切るように配設された筒状のものであり、分解助剤供給装置(20)が、筒状の電熱ヒーター(18)の内部空間に低級飽和炭化水素ガスを供給するものである」ことを特徴とする。

この発明では、筒状の電熱ヒーター(18)を低級飽和炭化水素ガス(F)の着火点以上の温度に保持すると、その内部空間全体が低級飽和炭化水素ガス(F)の着火範囲となる。このため、かかる温度に保持した電熱ヒーター(18)内に理論空気量或いはそれ以下の空気を混合した低級飽和炭化水素ガス(F)を供給した場合であっても、低級飽和炭化水素ガス(F)を確実に着火点以上の温度に昇温させることができる。したがって、安定した低空気比燃焼が可能となり、仮に低級飽和炭化水素ガス(F)と空気との比率が変動した場合であっても当該低級飽和炭化水素ガス(F)を確実に燃焼させて反応器(16)内に水素を供給することができる。

本発明によれば、低級飽和炭化水素ガスの燃焼によって生じた水素と、処理対象ガスの熱分解によって生じた塩素ガスおよび／又はフッ素ガスとが反応して塩化水素および／又はフッ化水素が生成されるので、アルカリ薬剤を用いることなく、熱分解後の排ガスを水洗するだけで排ガス中から簡単且つ確実に塩素成分を除去することができる。

また、処理対象ガスに多量の窒素が存在し、サーマルＮＯｘが副生したとしても、このサーマルＮＯｘも低級飽和炭化水素ガスの燃焼によって生じた水素によって無害な窒素と水とに分解することができる。

さらに、低級飽和炭化水素ガスの燃焼によって形成される高温の火炎と電熱ヒーターとの両方を熱源として使用できるので、塩素を含む広範な種類の処理対象ガスを熱分解することができるのと同時に、相対的にエネルギー単価が高い電力の一部を安価な低級飽和炭化水素ガスに置き換えることができる。

したがって、アルカリ薬剤などを用いることなく、塩素成分又はフッ素成分の少なくとも一方を含む処理対象ガスを確実に無害化できるのはもとより、処理効率が極めて高く、しかも経済性に優れたガス処理方法およびガス処理装置を提供することができる。

以下、本発明を図示実施例に従って詳述する。図１は、本発明のガス処理方法を実行するガス処理装置(X)の一実施例を示す概略図である。この図が示すように、本実施例のガス処理装置(X)は、大略、熱分解装置(10)，入口スクラバー(12)および出口スクラバー(14)で構成されている。

熱分解装置(10)は、工業プロセスから排出された塩素成分又はフッ素成分の少なくとも一方を含む処理対象ガス(E)を、主として電熱酸化分解式を用い、これに火炎燃焼式を加えて熱分解する装置であり、大略、反応器(16)，電熱ヒーター(18)および分解助剤供給装置(20)で構成されている。

ここで、塩素成分とは、塩素化合物と塩素単体との両方を含む概念であり、フッ素成分とは、フッ素化合物とフッ素単体との両方を含む概念である。

反応器(16)は、少なくともその内面がキャスタブルなどの耐火性材料で構成され、内部にガス処理空間(S)が形成された密閉円筒状の本体(16a)を有する（図２及び３参照）。この反応器(16)は、図１に示すように、使用に際し、本体(16a)の平面部分が天地を向くように立設される。

本体(16a)の底面には、反応器(16)内に処理対象ガス(E)を導入するためのガス導入口(16b)が開設されており、さらに本体(16a)底面のガス導入口(16b)に近接する位置には、本体(16a)内（すなわち、反応器(16)内）で処理対象ガス(E)を熱分解した結果生じる排ガス(G)を排出するためのガス排出口(16c)が開設されている。

また、ガス導入口(16b)には、処理対象ガス(E)の排出源に連通するガス導入配管(22)が接続されており、ガス排出口(16c)には、反応器(16)内から排ガス(G)を排出するためのガス排出配管(24)が接続されている。

そして、ガス導入配管(22)とガス排出配管(24)との間にはこれらを跨ぐように熱交換器(26)が取り付けられており、熱分解装置(10)に導入する処理対象ガス(E)と熱分解装置(10)で熱分解した処理後の排ガス(G)との間で熱交換するようになっている。

電熱ヒーター(18)は、ＳｉＣなどの発熱体を筒状(本実施例では円筒状)に成形した電熱式のヒーターで、反応器(16)内部のガス処理空間(S)を加熱する熱源であると同時に、後述する分解助剤供給装置(20)より供給される低級飽和炭化水素ガス(F)の着火源となるものである。

この電熱ヒーター(18)を構成する発熱体としては、少なくとも低級飽和炭化水素ガス(F)の着火点（例えば、低級飽和炭化水素ガス(F)がメタンの場合６５０℃前後）以上の温度を出力できるものであればよく、上述したＳｉＣの他に、例えばハステロイ（登録商標）やステンレスなどの金属製或いはセラミック製の二重管の管壁間にニクロム線やカンタル（登録商標）線などの金属線を螺旋状に巻回した発熱抵抗体を配設すると共に、当該二重管の管壁間にセラミック粉末を充填したものなどであってもよい。

この電熱ヒーター(18)は、その一端がガス導入口(16b)を囲繞するように反応器(16)の本体(16a)内部に取り付けられており、他端が本体(16a)の天井面に近接する位置に配置されている。つまり、反応器(16)のガス処理空間(S)を横切るように配設されている。そして、この電熱ヒーター(18)には、リード線(28)を介して電源装置(30)が接続されている。

ここで、本実施例の熱分解装置(10)では、反応器(16)の内部に設置した電熱ヒーター(18)の表面温度を測定する熱電対などで構成された表面温度センサー(32)が取り付けられると共に、この表面温度センサー(32)で測定した温度データが、シーケンサーなどで構成され、電源装置(30)の出力を制御する電力制御手段(34)に与えられるようになっている。このため、表面温度センサー(32)で測定した温度データに基づいて電熱ヒーター(18)に供給する電力の量が制御されるようになっている。

分解助剤供給装置(20)は、電熱ヒーター(18)の内部空間に理論空気量或いはそれ以下の空気を混合した低級飽和炭化水素ガス(F)を供給するためのものであり、先端が排ガス導入口(16b)近傍の電熱ヒーター(18)内部空間に連通する分解助剤送給配管(20a)，この分解助剤送給配管(20a)に空気を送り込む空気供給ポンプ(20b)，低級飽和炭化水素ガス(F)を貯蔵する炭化水素ガスタンク(20c)，炭化水素ガスタンク(20c)と分解助剤送給配管(20a)とを接続する炭化水素ガス配管(20d)，およびこの炭化水素ガス配管(20d)上に設けられ、分解助剤送給配管(20a)に供給する低級飽和炭化水素ガス(F)の量を調整する流量調整バルブ(20e)などで構成されている。

ここで、低級飽和炭化水素ガス(F)とは、Ｃ(炭素数)が１〜８、より好ましくは１〜４のアルカンのことであり、具体的には、メタン，エタン，プロパンなどが挙げられる。一般に流通する都市ガスやＬＰガスは、これら低級飽和炭化水素ガスを主成分としていることから、低級飽和炭化水素ガスとしてこれらのガスを利用することができる。

また、本実施例の分解助剤供給装置(20)では、分解助剤送給配管(20a)の先端に、電熱ヒーター(18)の内面に沿って低級飽和炭化水素ガス(F)が螺旋状に旋回するように吹き込むガス噴射ノズル(36)が取り付けられている（図２及び３参照）。このようなガス噴射ノズル(36)を設けることにより、低級飽和炭化水素ガス(F)を、電熱ヒーター(18)の内部空間の中で最も温度が高い電熱ヒーター(18)の内壁面に沿って供給することができ、低級飽和炭化水素ガス(F)の着火（燃焼）を確実に行なうことができると共に、低級飽和炭化水素ガス(F)が燃焼して火炎(B)が形成された際に、当該火炎(B)と処理対象ガス(E)とを非常に高い確率で接触させることができる。

さらに、本実施例のガス処理装置(X)では、反応器(16)の内部に設置した電熱ヒーター(18)の内部空間の温度を測定する熱電対などで構成された空間温度センサー(38)が取り付けられると共に、この空間温度センサー(38)で測定した温度データが、シーケンサーなどで構成され、空気供給ポンプ(20b)の出力や流量調整バルブ(20e)の開度を制御する分解助剤制御手段(40)に与えられるようになっている。このため、空間温度センサー(38)で測定した温度データに基づいて電熱ヒーター(18)に供給する低級飽和炭化水素ガス(F)の量やこれに混合する空気量が制御できるようになっている。

なお、上述の例では、低級飽和炭化水素ガス(F)として炭化水素ガスタンク(20c)に貯蔵したものを炭化水素ガス配管(20d)を介して分解助剤送給配管(20a)に供給する場合を示したが、これに替えて市井の配管を通して供給される都市ガスなどを直接、炭化水素ガス配管(20d)に導入するようにしてもよい。

入口スクラバー(12)は、ガス処理装置(X)に導入する処理対象ガス(E)に含まれる粉塵や水溶性成分などを除去（液洗）するためのものであり、直管型のスクラバー本体(12a)と、前記スクラバー本体(12a)内部の頂部近傍に設置され、水などの薬液を噴霧状にして撒布するスプレーノズル(12b)とで構成されている。この入口スクラバー(12)は、排ガスダクト(42)を介して半導体製造装置などの処理対象ガス発生源(図示せず)に連通している。

また、入口スクラバー(12)は、薬液タンク(44)上に立設されており（図１参照）或いは（図示しないが）薬液タンク(44)と別個に配設され両者が配管で接続され、排液が薬液タンク(44)に送り込まれるようになっている。そして、スプレーノズル(12b)と薬液タンク(44)との間には循環ポンプ(46)が設置されており、薬液タンク(44)内の貯留薬液をスプレーノズル(12b)に揚上するようになっている。

なお、本ガス処理装置(X)で熱分解する処理対象ガス(E)に粉塵や水溶性成分が含まれていない場合には、この入口スクラバー(12)を省略するようにしてもよい。

出口スクラバー(14)は、塩素を含む処理対象ガス(E)を熱分解装置(10)で熱分解した際に副生する排ガス(G)中の粉塵や水溶性成分（とりわけ塩化水素やフッ化水素）を最終的に除去（液洗）すると共に、当該排ガス(G)を冷却するための湿式スクラバーであり、直管型のスクラバー本体(14a)と、このスクラバー本体(14a)内にて垂直方向に間隔を隔てて複数（本実施例では４段）設置された穿孔プレート(14b)と、最上部の穿孔プレート(14b)の直上部に取り付けられ、排ガス(G)の通流方向に対向するように上方から水などの薬液を噴霧する下向きのスプレーノズル(14c)とで構成されている。

この出口スクラバー(14)は、水などの薬液を貯留する薬液タンク(44)上に立設されており（図１参照）或いは（図示しないが）薬液タンク(44)と別個に配設され両者が配管で接続され、スプレーノズル(14c)から噴霧された薬液が薬液タンク(44)に送り込まれるようになっている。なお、スプレーノズル(14c)には、薬液タンク(44)内の循環薬液ではなく、新水などの新しい薬液が供給されている。

そして出口スクラバー(14)の頂部出口には処理済みの排ガス(G)を大気中へ放出する排気ファン(48)に接続されている。

薬液タンク(44)は、上述したように入口スクラバー(12)に供給する薬液を貯留し、また、入口スクラバー(12)および出口スクラバー(14)から排出される薬液を回収するタンクである。この薬液タンク(44)には、出口スクラバー(14)のスプレーノズル(14c)にて噴霧された新しい薬液が常に供給されているので、所定量以上の薬液が貯留しないように余剰薬液をオーバーフローさせて排水処理装置（図示せず）へ送るようにしている。

なお、本実施例のガス処理装置(X)における熱分解装置(10)を除く他の部分には、処理対象ガス(E)に含まれる、或いは、当該ガス(E)の分解によって生じるフッ酸や塩酸などの腐蝕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。

次に、以上のように構成されたガス処理装置(X)を用いて塩素を含む処理対象ガス(E)を熱分解するガス処理方法について説明する。

まず、始めにガス処理装置(X)の運転スイッチ(図示せず)をオンにして電熱ヒーター(18)を作動させ、反応器(16)内の加熱を開始する。

続いて、筒状ヒーター(18)の表面温度が低級飽和炭化水素ガス(F)の着火点以上の温度になると、分解助剤供給装置(20)を作動させて電熱ヒーター(18)の内部空間に理論空気量或いはそれ以下の空気を混合した低級飽和炭化水素ガス(F)を供給する。すると、電熱ヒーター(18)の内部空間に供給された低級飽和炭化水素ガス(F)と当該ガスに予め添加した空気中の酸素との間で予混合燃焼が進行すると共に、未燃の低級飽和炭化水素ガス(F)と反応器(16)内の酸素との間で拡散燃焼が進行する。このため、電熱ヒーター(18)の内部空間に火炎(B)が形成されると同時に、これらの燃焼によって生じた熱により、低級飽和炭化水素ガス(F)の一部が熱分解し、ラジカル状態の水素が多量に発生する（図２参照）。

また、このような燃焼によって電熱ヒーター(18)の内部空間に火炎(B)が形成されると電熱ヒーター(18)の表面および内部空間の温度が急速に上昇するようになる。このため、熱源としてヒーターのみを用いる場合に比べて、処理対象ガス(E)の分解温度までに達する時間（すなわち、装置の立ち上げ時間）を短縮することができる。具体的には、同じ処理対処ガス分解能力を有するガス処理装置において、電熱ヒーターのみを熱源とした場合には、装置の立ち上げに２〜３時間程度を要するが、本実施例のガス処理装置(X)では、２０分程度で立ち上げが完了する。

続いて、電熱ヒーター(18)および火炎(B)の熱により、反応器(16)の内部空間の温度（本実施例では電熱ヒーター(18)の表面および内部空間の温度）が塩素成分又はフッ素成分の少なくとも一方を含む処理対象ガス(E)の熱分解温度以上になると、排気ファン(48)を作動させて、ガス処理装置(X)への処理対象ガス(E)の導入を開始する。すると、処理対象ガス(E)は、まず始めに入口スクラバー(12)に導入され、この入口スクラバー(12)内において水などの薬液で洗浄され、粉塵や水溶性成分などが除去される。

入口スクラバー(12)で薬洗した処理対象ガス(E)は、ガス導入配管(22)およびガス導入口(16b)を通って電熱ヒーター(18)の内部空間に導かれ、当該ヒーター(18)の電熱および火炎(B)の熱によりその大部分が熱分解され、排ガス(G)となる。

ここで、特筆すべき点は、高温に保持された反応器(16)内に塩素成分又はフッ素成分の少なくとも一方を含む処理対象ガス(E)を導入すると、処理対象ガス(E)が熱分解すると共に、塩素ガスおよび／又はフッ素ガスが副生する。すると、反応器(16)内では、低級飽和炭化水素ガス(F)の熱分解によって生じた水素と、処理対象ガス(E)の熱分解によって生じた塩素ガスおよび／又はフッ素ガスとが反応して塩化水素および／又はフッ化水素が生成される。

続いて、電熱ヒーター(18)の内部空間を通過し、電熱ヒーター(18)の先端からガス処理空間(S)内へと移動したガス流、すなわち未分解の処理対象ガス(E)，排ガス(G)および火炎(B)で構成された高温のガス流は、未分解の処理対象ガス(E)の熱分解と塩化水素の生成およびサーマルＮＯｘの分解を進めながら、電熱ヒーター(18)の外周を包み込むようにしてガス排出口(16c)へと移動し、ガス排出配管(24)を通って出口スクラバー(14)に導入される。

そして、出口スクラバー(14)に導入された排ガス(G)は、水などの薬液で洗浄され、粉塵や水溶性成分などが除去されると共に、冷却された後、排気ファン(48)を介して系外（大気中）に放出される。

ここで、低級飽和炭化水素ガス(F)の燃焼によって生じた水素と、処理対象ガス(E)の熱分解によって生じた塩素ガスおよび／又はフッ素ガスとが反応して生成した塩化水素および／又はフッ化水素は水に極めて易溶であるため、反応器(16)内での熱分解によって生じた排ガス(G)を水洗することによって当該排ガス(G)中から除去され、大気へ放出する排ガス(G)中の塩素濃度およびフッ素濃度をＴＬＶ値以下に削減することができる。

このように本実施例のガス処理方法およびガス処理装置(X)によれば、低級飽和炭化水素ガス(F)の燃焼によって生じた水素と、処理対象ガス(E)の熱分解によって生じた塩素ガスおよび／又はフッ素ガスとが反応して塩化水素および／又はフッ化水素が生成されるので、アルカリ薬剤を用いることなく、熱分解後の排ガス(G)を水洗するだけで排ガス(G)中から簡単且つ確実に塩素成分およびフッ素成分を除去することができる。

また、処理対象ガス(E)に多量の窒素が存在し、サーマルＮＯｘが副生したとしても、このサーマルＮＯｘも低級飽和炭化水素ガス(F)の燃焼によって生じた水素によって無害な窒素と水とに分解することができる。

さらに、低級飽和炭化水素ガス(F)の燃焼によって生成される高温の火炎(B)と電熱ヒーター(18)との両方を熱源として使用しているので、塩素成分又はフッ素成分の少なくとも一方を含む広範な種類の処理対象ガス(E)を熱分解することができるのと同時に、相対的にエネルギー単価が高い電力の一部を安価な低級飽和炭化水素ガス(F)に置き換えることができる。

そして、電熱ヒーター(18)として筒状のものを使用しているので、電熱ヒーター(18)を低級飽和炭化水素ガス(F)の着火点以上の温度に保持すると、その内部空間全体が低級飽和炭化水素ガス(F)の着火範囲となる。このため、かかる温度に保持した電熱ヒーター(18)内に理論空気量或いはそれ以下の空気を混合した低級飽和炭化水素ガス(F)を供給した場合であっても、低級飽和炭化水素ガス(F)を確実に着火点以上の温度に昇温させて燃焼させることができる。したがって、安定した低空気比燃焼が可能となり、仮に飽和炭化水素ガス(F)と空気との比率が変動した場合であっても当該低級飽和炭化水素ガス(F)を確実に燃焼させて反応器(16)内に水素を供給することができる。

なお、上述の実施例では、図２および図３で示すように、反応器(16)を円筒状のもので構成する場合を示したが、反応器(16)は、内部にガス処理空間(S)が形成されるものであれば如何なる形状であってもよく、例えば図示しないが角筒状や半球のドーム状などであってもよい。

また、上述の例では、電熱ヒーター(18)を円筒状のもので構成する場合を示したが、この電熱ヒーター(18)は、反応器(16)の内部を低級飽和炭化水素ガス(F)の着火点以上の温度に加熱できるものであれば如何なるものであってもよく、例えば柱状のものなどであってもよい。

また、上述した実施例のガス処理装置(X)に、図４および５に示すように、電熱ヒーター(18)における処理対象ガス導入側の部分に内筒部材(50)を配設すると共に、分解助剤送給配管(20a)の先端部分に冷却装置(52)を取り付けるようにしてもよい。

ここで、内筒部材(50)は、例えばハステロイ（登録商標）やステンレスなどの金属或いはセラミックなどの耐熱材料で形成された円筒状の部材であり、電熱ヒーター(18)における処理対象ガス導入側の部分に、電熱ヒーター(18)の内周面との間に（電熱ヒーター(18)の内径にもよるが）数ｍｍ〜数ｃｍ程度の隙間(O)を形成するように配設されている。そして、この隙間(O)に低級飽和炭化水素ガス(F)が供給されるようになっている。

また、冷却装置(52)は、冷却水や冷却ガスなどの冷媒を用いて、分解助剤送給配管(20a)の先端部分（低級飽和炭化水素ガス(F)噴出側の部分）が低級飽和炭化水素ガス(F)の着火点未満の温度となるように冷却するためのものである。

このように、電熱ヒーター(18)における処理対象ガス(E)導入側の部分に、電熱ヒーター(18)の内周面との間に隙間(O)を形成するように内筒部材(50)を配設すると共に、隙間(O)に低級飽和炭化水素ガス(F)を供給することにより、低級飽和炭化水素ガス(F)と電熱ヒーター(18)の内壁面との接触を確実なものとすることができ、この結果、低級飽和炭化水素ガス(F)の着火をより一層確実に行なうことができる。

また、分解助剤送給配管(20a)の先端部分を冷却する冷却装置(52)が取り付けられているので、ガス処理装置(X)を連続運転した場合であっても、分解助剤送給配管(20a)の先端部で低級飽和炭化水素ガス(F)が着火するのを防止することができ、この結果、分解助剤送給配管(20a)の先端部がカーボン(煤)などの異物で閉塞されるのを防ぐことができる。

本発明における一実施例のガス処理装置を示す概略図である。本発明における一実施例の熱分解装置を示す概略図である。図２におけるＡ−Ａ断面図である。本発明における他の実施例(内筒部材および冷却装置設置)の熱分解装置を示す概略図である。図７におけるＡ−Ａ断面図である。

符号の説明

(X)…ガス処理装置
(10)…熱分解装置
(12)…入口スクラバー
(14)…出口スクラバー
(16)…反応器
(16a)…(反応器の)本体
(16b)…ガス導入口
(16c)…ガス排出口
(18)…電熱ヒーター
(20)…分解助剤供給装置
(22)…ガス導入配管
(24)…ガス排出配管
(26)…熱交換器
(30)…電源装置
(32)…表面温度センサー
(34)…電力制御手段
(36)…ガス噴射ノズル
(38)…空間温度センサー
(40)…分解助剤制御手段
(48)…排気ファン
(50)…内筒部材
(52)…冷却装置
(B)…火炎
(E)…処理対象ガス
(F)…低級飽和炭化水素ガス
(G)…排ガス
(O)…隙間
(S)…ガス処理空間

Claims

電熱ヒーターで加熱した反応器内に塩素成分又はフッ素成分の少なくとも一方を含む処理対象ガスを導入して熱分解するガス処理方法において、
前記反応器内に理論空気量或いはそれ以下の空気を混合した低級飽和炭化水素ガスを導入すると共に、前記反応器内を低級飽和炭化水素ガスの着火点以上の温度に保持して前記処理対象ガスを熱分解し、次いで、熱分解により発生した排ガスを水洗することを特徴とするガス処理方法。
内部にガス処理空間が形成された反応器と、
前記ガス処理空間内に配設された電熱ヒーターと、
前記ガス処理空間内に理論空気量或いはそれ以下の空気を混合した低級飽和炭化水素ガスを供給する分解助剤供給装置と、
前記反応器で熱分解して発生した排ガスを水洗する出口スクラバーとで構成されていることを特徴とするガス処理装置。
前記反応器が、内部にガス処理空間が形成された本体の互いに近接する位置にガス導入口とガス排出口とが開設されたものであり、
前記電熱ヒーターが、前記ガス導入口を囲繞するように一端が前記本体内に取り付けられ、前記ガス処理空間を横切るように配設された筒状のものであり、
前記分解助剤供給装置が、前記筒状の電熱ヒーターの内部空間に低級飽和炭化水素ガスを供給するものであることを特徴とする請求項２に記載のガス処理装置。