JP2020148373A - ＰＦＣｓ含有排ガスの処理装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スクラバ排水の生物処理が不要になると共に、熱エネルギーを効率よく回収することができるＰＦＣｓ含有排ガスの処理装置及び方法を提供する。【解決手段】半導体等の製造ラインからのＰＦＣｓ含有排ガスは、一次除害装置１１，１２，１３，１４にて除害処理され、除塵装置２１〜２４で除塵された後、集合配管３０から二次燃焼炉３２に送られ、高温で完全燃焼処理される。ガスはスクラバ４０、除塵装置５０を経て排出される。スクラバ排水は、Ｃａ（ＯＨ）２が添加されて凝集沈殿処理され、ＣａＦ２が回収される。【選択図】図１

Description

本発明は、ＰＦＣｓ含有排ガスを処理するための装置及び方法に関する。

なお、本明細書では、ＰＦＣｓとは、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_８、ＳＦ_６、ＷＦ_６などのペルフルオロ化合物のほか、ＣＨ_２Ｆ_２、Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３、Ｆ_２、ＨＦ、ＳｉＨ_４、ＮＨ_３、ＰＨ_３、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）、ＴＲＩＳ（トリエトキシシラン）、ＴｉＣｌ_４など、デポジション、エッチング、クリーニングの各工程で用いられる、すべての有害、可燃、地球温暖化ガスを表わす。

半導体、液晶、ＬＥＤ、太陽電池等の製造プロセスでは、ペルフルオロ化合物などの上記ＰＦＣｓが多量に使用されている。

ペルフルオロ化合物ガスは、有害かつ可燃性であり、地球温暖化ガスでもある。そこで、ペルフルオロ化合物ガスを用いる工場では、これを無害化する除害装置を設置している（特許文献１，２等）。これらの除害装置の分解室では、燃料、電気加熱、プラズマなどを用いて、ペルフルオロ化合物を燃焼（酸化）、熱分解反応により、フッ素（Ｆ_２）を脱離させた後、当該装置に組み込まれた水スクラバで排ガスを洗浄し、ガス中のＦ_２を吸収除去する。この燃焼又は熱分解によって、シリカ微粒子も発生するため、除害装置は除塵機能も併せ持つ場合が多い（例えば特許文献１の図５）。

特許文献１では、除害装置は、クリーンルーム毎に分散して設置されている。

特許文献２では、各製造ラインからの排ガスを集合させて除害装置で集中処理するようにしているが、この場合、除害装置にトラブルが生じた場合、すべての製造ラインに影響が及ぶことになる。

スクラバ排水は、ＨＦのほかに、ペルフルオロ化合物分子の有機骨格に由来する有機性炭化水素化合物（ＴＯＣ成分）を含有する。そこで、スクラバ排水は、生物処理装置などの有機物分解手段に導かれて処理される。

除害プロセス排水の処理に、生物処理装置などの有機物除去装置が必要なのは、除害装置での省エネを考慮し、低温分解で有害性、可燃性、地球温暖化効果に起因するＣ−Ｆ結合などを切り離すことを第一の目的としており、炭化水素骨格の完全燃焼を行っていないため、スクラバ排水に有機性炭化水素化合物（ＴＯＣ）が含まれるためである。ＴＯＣ成分は、処理水を放流する場合も、回収再利用を図る場合も、分解／除去が必要となる。

除害装置排水に含まれるＴＯＣ除去のための生物処理装置としては、通常、好気性生物処理装置が用いられている。この好気性生物処理では、反応速度が低速であるため、ＴＯＣ成分の生物分解に必要な十分な滞留時間を保持するため、大容量の槽が必要となる。また、ＴＯＣ成分の酸化反応に用いる酸素の供給と、微生物もしくは微生物を担持した担体の流動化を維持するため、大型のブロワを用い、大量の空気曝気が行われている。

近年、環境負荷低減や水資源の有効利用を目的として、排水を回収し、再利用する需要が高まってきている。除害設備が設置されている製造工程では、超純水を含む、純度の高い用水が必要となる。そのため、排水の回収には、ＭＦ膜、ＵＦ膜、ＲＯ膜、イオン交換樹脂などの機能性材料を用いた高度な水処理プロセスが必要となる。

ＵＦ膜、ＲＯ膜などの膜濾過装置は、高度な処理が可能となる一方、安定した処理を維持するためには、硬度成分のスケーリングや、有機物ファウリング、微生物代謝物によるバイオファウリングの対策が必要となる。

排水処理に微生物を用いると、生物処理水が微生物代謝物を含むことになり、膜濾過装置に送水する前に、生物処理槽の後に、凝集、沈殿／加圧浮上、砂濾過、活性炭といった高度の前処理や、膜のスケーリング防止剤、スライムコントロール剤などの水処理薬品による入念な運転管理が必要となる。

また、小型の除害装置の場合、熱分解ガスを小型の湿式クスラバに通し、Ｆ_２などの有害ガス成分を吸収除去している。このスクラバは、小容量であるために、均一なガスの分散が困難である。また、水スプレーの液滴が均一に分散噴霧するためのフリーボードが必要であるため、効率の良い気液接触が困難となる。そのため、噴霧水量が多くなる。その結果、排水量を増加させる。更には、熱分解のために系に付与した熱エネルギーが水に吸収されるため、熱エネルギーの回収が困難になる。

特開２００２−２７３１６６号公報 特開２００５−３３４７５５号公報

本発明は、スクラバ排水の生物処理が不要になると共に、熱エネルギーを効率よく回収することができるＰＦＣｓ含有排ガスの処理装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明のＰＦＣｓ含有排ガスの処理装置は、複数のＰＦＣｓ含有排ガス発生源からのＰＦＣｓ含有排ガスを処理するＰＦＣｓ含有排ガスの処理装置であって、各ＰＦＣｓ含有排ガス発生源毎にそれぞれ設けられた、ＰＦＣｓ含有排ガスを燃焼及び／又は熱分解処理する一次除害手段と、各一次除害手段からのガスを受け入れて燃焼及び／又は熱分解処理する二次除害手段とを有し、該一次除害手段は、燃焼及び／又は熱分解後のガスの湿式スクラビング手段を有さないものである。

本発明のＰＦＣｓ含有排ガスの処理方法は、複数のＰＦＣｓ含有排ガス発生源からのＰＦＣｓ含有排ガスを処理するＰＦＣｓ含有排ガスの処理方法であって、各ＰＦＣｓ含有排ガス発生源毎にそれぞれ設けられた、ＰＦＣｓ含有排ガスを燃焼及び／又は熱分解処理する一次除害手段によって各ＰＦＣｓ含有排ガス発生源からのＰＦＣｓ含有排ガスを処理する一次除害工程と、各一次除害手段からのガスを二次除害手段に受け入れて燃焼及び／又は熱分解処理する二次除害工程とを有し、該一次除害手段は、燃焼及び／又は熱分解後のガスの湿式スクラビング手段を有さないものである。

本発明の一態様では、前記二次除害手段からのガスから熱を熱回収装置で回収する。

本発明の一態様では、前記二次除害手段からのガスをｐＨ４〜６の吸収液を用いた湿式スクラバでガス吸収処理する。

本発明の一態様では、前記湿式スクラバからの排水にカルシウム化合物を添加してＣａＦ_２を凝集沈殿処理してＣａＦ_２を回収する。

本発明では、二次燃焼炉で未燃有機化合物がほぼ完全燃焼されるため、スクラバ排水のＴＯＣ濃度が低くなり、スクラバ排水の生物処理が不要となる。

本発明では、小規模分散的に発生した一時除害処理ガスを集め、二次燃焼するため、高温の排ガスが二次燃焼炉でのみ生じる。この高温排ガスから、高効率で熱エネルギーを回収することができる。

実施の形態に係るＰＦＣｓ含有排ガスの処理装置の構成図である。

以下、図１を参照して実施の形態について説明する。

半導体、液晶、ＬＥＤ、太陽電池等の製造ラインが複数設けられており、各ラインからそれぞれＰＦＣｓ含有排ガスが発生する。各ラインからのＰＦＣｓ含有排ガスは、各ライン別に設けられた一次除害装置１１，１２，１３，１４にて除害処理される。一次除害装置１１〜１４としては、燃料をバーナで燃焼させた熱や電気ヒータによる熱、あるいはプラズマによってＰＦＣｓを分解するものなどを用いることができるが、これに限定されない。

一次除害装置１１〜１４では、排ガスの湿式スクラビングを行わない。一次除害装置１１〜１４からの排ガスは、それぞれサイクロン、バグフィルタ等の乾式の一次除塵装置２１〜２４にて除塵される。なお、各除塵装置２１〜２４は省略されてもよい。

除塵された排ガスは、集合配管３０に集められ、送気配管３１によって二次除害装置としての二次燃焼炉３２に送気される。

二次燃焼炉３２では、燃料（ＬＮＧ、ＬＰＧ、灯軽油、重油など）を用い、一次除害装置１１〜１４からの排ガス中に含まれる炭化水素化合物を高温（例えば７５０〜１２００℃、特に８５０〜１１００℃）で完全燃焼する。この高温燃焼処理により、排ガス中のフッ素化合物は分解され、フッ素成分はＨＦとなる。

二次燃焼炉３２からの燃焼排ガスは、除塵装置３４で除塵処理された後、熱媒体を用いた熱交換器等の熱回収装置３５で熱回収することが好ましい。

熱回収後の排ガスは、配管３６を介してスクラバ４０に送られ、ｐＨ４〜６、好ましくは４．５〜５．５に制御した弱酸性水溶液よりなる吸収液を用いて、ガス中に含まれるＨＦを吸収する。吸収液は、スプレーノズル４１からスプレーされ、排ガスと接触する。

吸収液は、スクラバ４０下部から循環配管４２によってスプレーノズル４１に循環される。循環配管４２には、水の補給ライン４３と酸の補給ライン４４とが接続されている。また、循環配管４２には、ｐＨ計４５が設けられており、吸収液のｐＨが所定範囲となるように、酸添加量制御用のバルブ４６が制御される。

スクラバ４０でＨＦが吸収除去されたガスは、サイクロン、バグフィルタ等の除塵装置５０で除塵され、処理ガスとなり、煙突等を介して放出される。

なお、除塵装置５０は省略されてもよい。また、除塵装置５０はスクラバ４０の前段に設置されてもよい。

前記スクラバ４０からは、吸収液の一部を配管４７を介して凝集沈殿装置６０に送り、Ｃａ（ＯＨ）_２等のＣａ化合物を添加して凝集沈殿処理し、ＣａＦ_２の固体を分離回収することが好ましい。

即ち、スクラバ排水は、ＨＦを含むため、これをカルシウムで凝集沈殿処理し、ＣａＦ_２として回収し、再資源化を図る。ただし、二次燃焼排ガスは、ＨＦなどのほかに、ＣＯ_２を含んでいるため、回収されるＣａＦ_２に、ＣａＣＯ_３が混入し、品位低下を招く恐れがある。

そこで、湿式スクラバの吸収液は、ＨＣｌやＨ_２ＳＯ_４などを用いたｐＨ４〜６、好ましくは４．５〜５．５の弱酸性とすることが好ましい。この範囲では、吸収液中のＨＦはほぼすべてＦ⁻に解離するため吸収液の分圧を低下させ、Ｈ_２ＣＯ_３は殆ど解離せずに残留するため、分圧が高い状態となる。

従って、スクラバ吸収液を弱酸性に制御することで、ＣＯ_２の吸収を抑えながら、ＨＦを選択的に吸収することができる。

ＣａＦ_２の凝集分離を行った処理水は、排水の回収再利用設備に送水される。

このＰＦＣｓ含有排ガスの処理装置及び方法によると、次の作用効果が得られる。
（１） 前段の除害装置１１〜１４（湿式スクラバなし）での分解排ガスを集め、二次燃焼炉３２で完全燃焼を図るため、燃焼排ガス中に未燃の炭化水素成分が残らなくなる。
（２） その結果、スクラバ排水を生物処理する必要がなくなり、大容量の生物処理槽が不要となる。従って、曝気のための大量の電力消費を削減することができる。
（３） 高温で燃焼処理した排ガスを、スクラバ４０で弱酸性にｐＨ制御された吸収液を用いて処理することにより、ＨＦを選択的に吸収除去することが可能となる。
（４） その結果、スクラバ排水をＣａで凝集沈殿処理した際に回収されるＣａＦ_２の純度が向上し、品位の高いＣａＦ_２を得ることが可能となり、再資源化価値が向上する。
（５） 一次除害装置１１〜１４が湿式スクラバを有さず、かつ、各一次除害装置からの排ガスを集合させて二次燃焼炉３２で集中処理することにより、熱回収が容易になる。すなわち、前段の一次除害装置１１〜１４で系に加えた熱を効率的に二次燃焼炉の熱として利用することができる。

上記実施の形態は本発明の一例であり、本発明は上記以外の態様とされてもよい。図１では、ＰＦＣｓ含有排ガスを発生する製造ラインが４系列設置されるものとなっているが、２、３又は５以上の系列であってもよい。

１１〜１４ 一次除害装置
２１〜２４ 一次除塵装置
３０ 集合配管
３２ 二次燃焼炉
３４，５０ 除塵装置

Claims (8)

1. 複数のＰＦＣｓ含有排ガス発生源からのＰＦＣｓ含有排ガスを処理するＰＦＣｓ含有排ガスの処理装置であって、
   各ＰＦＣｓ含有排ガス発生源毎にそれぞれ設けられた、ＰＦＣｓ含有排ガスを燃焼及び／又は熱分解処理する一次除害手段と、
   各一次除害手段からのガスを受け入れて燃焼及び／又は熱分解処理する二次除害手段と
   を有し、
   該一次除害手段は、燃焼及び／又は熱分解後のガスの湿式スクラビング手段を有さないものであるＰＦＣｓ含有排ガスの処理装置。
2. 前記二次除害手段からのガスから熱を回収する熱回収装置を有することを特徴とする請求項１のＰＦＣｓ含有排ガスの処理装置。
3. 前記二次除害手段からのガスをｐＨ４〜６の吸収液でガス吸収処理する湿式スクラバを備えたことを特徴とする請求項１又は２のＰＦＣｓ含有排ガスの処理装置。
4. 前記湿式スクラバからの排水にカルシウム化合物を添加してＣａＦ_２を回収する凝集沈殿装置を備えたことを特徴とする請求項３のＰＦＣｓ含有排ガスの処理装置。
5. 複数のＰＦＣｓ含有排ガス発生源からのＰＦＣｓ含有排ガスを処理するＰＦＣｓ含有排ガスの処理方法であって、
   各ＰＦＣｓ含有排ガス発生源毎にそれぞれ設けられた、ＰＦＣｓ含有排ガスを燃焼及び／又は熱分解処理する一次除害手段によって各ＰＦＣｓ含有排ガス発生源からのＰＦＣｓ含有排ガスを処理する一次除害工程と、
   各一次除害手段からのガスを二次除害手段に受け入れて燃焼及び／又は熱分解処理する二次除害工程と
   を有し、
   該一次除害手段は、燃焼及び／又は熱分解後のガスの湿式スクラビング手段を有さないものであるＰＦＣｓ含有排ガスの処理方法。
6. 前記二次除害手段からのガスから熱を熱回収装置で回収する工程を有することを特徴とする請求項５のＰＦＣｓ含有排ガスの処理方法。
7. 前記二次除害手段からのガスをｐＨ４〜６の吸収液を用いた湿式スクラバでガス吸収処理する工程を有することを特徴とする請求項５又は６のＰＦＣｓ含有排ガスの処理方法。
8. 前記湿式スクラバからの排水にカルシウム化合物を添加してＣａＦ_２を凝集沈殿処理してＣａＦ_２を回収する工程を有することを特徴とする請求項７のＰＦＣｓ含有排ガスの処理方法。

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