JP3864092B2

JP3864092B2 - 難燃性物質分解バーナ

Info

Publication number: JP3864092B2
Application number: JP2002003375A
Authority: JP
Inventors: 敦子瀬尾; 亘藤崎; 寿二天野; 健一中村; 賢一杉原; 炳渉朴; 炳哲金
Original assignee: Koike Sanso Kogyo Co Ltd; Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Koike Sanso Kogyo Co Ltd; Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2002-01-10
Filing date: 2002-01-10
Publication date: 2006-12-27
Anticipated expiration: 2022-01-10
Also published as: US20030152882A1; TW561233B; CN1431427A; KR100527284B1; KR20030061336A; US6755645B2; JP2003202108A; TW200301810A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は難燃性物質分解バーナに関し、特に、半導体製造工程で排出されるプロセス排ガスに含まれるＰＦＣ（パーフルオロカーボン）などを高効率で熱分解するのに好適な難燃性物質分解バーナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程から排出されるプロセス排ガスには、多くの種類の有害なガス成分が含まれている。そのような有害な排ガスを処理して大気に放出するために種々の排ガス処理装置が提案されている。例えば、特開２００１−１６５４２２号公報には不燃性ガスであるＣ２Ｆ６などのＰＦＣを効果的に分解処理することを目的とした排ガス除害装置が記載されており、そこでは、上下に延びる筒体に、複数個のガス燃料燃焼バーナをそのバーナ噴出方向を筒体中心軸と直交する面に対して傾斜状にかつ多段に配置し、それにより、排ガスの高熱になる広い燃焼領域での滞留時間を長くして、不燃性ガスの熱分解を促進して除害するようにしている。
【０００３】
また、特開２００１−２８０６２９号公報には、燃焼筒を外筒と内筒とで構成し、内筒の底部に、排ガス流路とその周囲に同心円状に配された燃料ガス供給路とを有する排ガス燃焼ノズルを配置し、さらに、大気圧以上の圧力を有する支燃性ガスを内筒内に供給する手段とを備えた燃焼式排ガス処理装置が記載されている。この装置では、排ガス流路を囲むようにして火炎を形成し、該火炎に大気圧以上の圧力を有する支燃性ガスを吹き込むことによって、排ガス中の難燃性ＰＦＣのような難燃性除去成分を容易に熱分解させるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、半導体製造工程から排出されるプロセス排ガスのように難燃性物質を含む排ガスを効果的に分解処理するための実験と研究を継続的に行ってきているが、上記したような従来提案されている除去装置はいずれも構成が複雑であり、結果として大型のものとならざるを得ず、製造工業でのスペース的な環境を考慮すると、より小型化した処理装置が必要であること、また、Ｃ２Ｆ６のように比較的低温度で熱分解する物質に対しては高い処理効率が得られているが、燃分解温度が高いＣＦ４あるいはＳＦ６に対しては、必ずしも充分な処理効率が得られていないこと、を経験している。
【０００５】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な構成でもってＣＦ４あるいはＳＦ６のように熱分解温度の高い物質をも９９％以上の効率で熱分解処理を行うことを可能とする難燃性物質分解バーナを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための本発明による難燃性物質分解バーナは、一端が閉塞壁により閉じている筒体と、筒体の中心軸線方向に難燃性物質含有ガスを噴出するように閉塞壁に取り付けられた難燃性物質含有ガス導入ノズルと、筒体の中心軸線から同心円上の位置において閉塞壁に取り付けられた複数個の酸化剤および燃料吹き出しノズルとを少なくとも備えており、前記複数個の酸化剤および燃料吹き出しノズルはそれぞれの噴出火炎が筒体の中心軸線上のほぼ同じ点で収束できるように軸線を傾斜させて取り付けられていることを特徴とする。
【０００７】
本発明による難燃性物質分解バーナは、筒体と、難燃性物質含有ガス導入ノズルと、そこから同心円状に配置された複数個の酸化剤および燃料吹き出しノズルとを備えるだけであり、構成はきわめて簡単であって、全長も短いものとして設計することができる。それにより、半導体製造工場のフロアー下などに容易にプロセス排ガス処理施設を設置することが可能となる。
【０００８】
また、同心円状に配置した複数個の酸化剤および燃料吹き出しノズルからの噴出火炎を、筒体の中心軸線上のほぼ同じ点で収束するようにしたことにより、火炎が収束した領域周辺には高温の燃焼領域が形成される。そして、例えば半導体製造装置からのプロセス排ガスである難燃性物質含有排ガスはその領域を確実に通過していくので、そこで、ＰＦＣのような難燃性物質の熱分解処理は効果的に進行する。本発明者らの実験では、熱分解温度の高いＣＦ４についても９９％以上の分解率が得られ、また、ＳＦ６についてもほぼ同様な分解率が得られた。ＣＦ４やＳＦ６よりも熱分解温度の低いＣ２Ｆ６など他のＰＦＣ類についても、高い熱分解率が達成される。
【０００９】
本発明の難燃性物質分解バーナにおいて、酸化剤および燃料吹き出しノズル軸線の筒体中心軸線に対する最適の傾斜角度は、難燃性物質含有ガス導入ノズルからの難燃性物質含有ガスの流量や流速、酸化剤および燃料吹き出しノズルからの噴出火炎の大きさや先端までの距離などに応じて変化する。与えられた条件のもとで実験的に最適値が定められるが、本発明者らの実験では、筒体の中心軸線に対して１５度〜５０度、より好ましくは３０度〜４５度の範囲であることが、実用的な意味から好ましいことがわかった。傾斜角度が５０度より大きいと、火炎が閉塞壁の裏面に接近し過ぎて耐火材の熱損傷が進行しやすくなる。傾斜角度が１５度より小さいと、火炎が筒体内面に接近し過ぎてやはり耐火材の熱損傷が進行しやすくなり、また、難燃性物質含有ガス流束の巻き込み量が少なくなり、分解率が低くなる、などのような不都合が生じる。
【００１０】
本発明による難燃性物質分解バーナを運転するに際して、難燃性物質含有ガス導入ノズルから導入される難燃性物質含有ガスの流速は遅いほうが望ましい。それにより、高温の燃焼領域内での滞留時間が長くなり、高い熱分解効率が得られる。流量が一定の場合、流速はノズル径に左右されるので、周囲の環境が許す限り大きなノズル径とするのが望ましい。また、流速が大きくなると、収束している火炎を難燃性物質含有ガスが押し開くようにして通過してしまい、熱分解処理が低下するので、好ましくない。そのような事情を勘案して、実験的に、最適の流速（難燃性物質含有ガス導入ノズルの径）の最適値を設定する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による難燃性物質分解バーナを実施の形態により説明する。図１は難燃性物質分解バーナ１の一例を示している。バーナ１は、円筒形の筒体２と、該筒体２の一方端を閉鎖する閉塞壁３とを備える。筒体２は上端にフランジ２１を形成した外装体２２を有し、該外装体２２の内周面は２重に積層した耐火煉瓦のように適宜の耐火材２３で覆われている。筒体２の下方側開放端は、従来のこの種のバーナと同様に、適宜の管路を介して大気に開放している。
【００１２】
閉塞壁３は下端にフランジ３１を形成した外装体３２を有し、該外装体３２の内部には多段に積層した耐火材３３が充填されている。閉塞壁３は、そのフランジ３１を筒体２のフランジ２１に重ね合わせてねじ止めすることにより、筒体２に気密に一体化され、それにより、筒体２の上端側は閉鎖される。
【００１３】
閉塞壁３における、筒体２に取り付けた状態で筒体２の中心軸線Ｌが通過する位置には、筒体２の中心軸線Ｌの方向に難燃性物質含有ガスが噴出するようして難燃性物質含有ガス導入ノズル４０が取り付けられる。さらに、閉塞壁３には、筒体２の中心軸線Ｌから同心円上の位置に、複数個の酸化剤および燃料吹き出しノズル５０が等しい距離をおいて取り付けられる。図示の例では、４個の吹き出しノズル５０が取り付けてあるが、３個以上であれば任意であり、所期の目的は達成することができる。図示されるように、各吹き出しノズル４０の軸心線は、それぞれの噴出火炎が筒体２の中心軸線Ｌ上のほぼ同じ点で収束できるように、所定の角度（好ましくは、１５度〜５０度の範囲）で傾斜している。
【００１４】
図示の例では、吹き出しノズル５０は中央の燃料ノズル５１と、その周囲の酸化剤ノズル５２とから構成され、燃料ノズル５１からは都市ガス、プロパンガス、水素などが供給され、酸化剤ノズル５２からは酸素、空気などが供給される。処理に当たって、難燃性物質含有ガス導入ノズル４０には、例えば半導体製造装置からのプロセス排ガスが導かれ、筒体２内に所定流量のプロセス排ガスを噴出する。４個の酸化剤および燃料吹き出しノズル５０からの４本の燃焼火炎ｆは、筒体２の中心軸線Ｌ上のほぼ同じ点で収束し、その周辺には高温の燃焼領域Ｓが形成される。筒体２内に噴出したプロセス排ガスは形成された高温の燃焼領域Ｓを通過する過程において、難燃性物質の熱分解処理が効果的に進行する。そして、分解処理済プロセス排ガスが筒体２の下端から流出する。
【００１５】
次に、実験例を説明する。筒体の内径が１４０ｍｍである図１に示す形態の難燃性物質分解バーナ１を作成した。ＣＦ４を含む被処理ガス（N２希釈ガス）を難燃性物質含有ガス導入ノズル４０から筒体２内に噴出させた。被処理ガスの流量は８０Ｌ／ｍｉｎ、燃料はメタンであり流量は１６Ｌ／ｍｉｎ、酸化剤は酸素であり流量は３７Ｌ／ｍｉｎとした。試験は、同じ条件で、難燃性物質含有ガス導入ノズル４０の内径を変化させ、被処理ガスの流速のみを変えた。ケース１では直径３５．７ｍｍ、ケース２では直径１２．７ｍｍとした。その結果を表１に示す。なお、上記被処理ガスの燃焼分解処理を行わない場合での出口ＣＦ４濃度は２０００ｐｐｍであった。
【００１６】
【表１】

【００１７】
表１に示すように、９９％を越えるＣＦ４の分解率が得られており、本発明による難燃性物質分解バーナの有効性が示される。ケース１の方が若干高い分解率を示しているが、これは、分解率が被処理ガス流速により火炎形状が変化することが原因と考えられる。また、壁温がケース１の方が１００℃ほど低くなっている。このことから、火炎はケース１の方が筒体中心軸線付近にコンパクトに形成されていることがわかり、バーナ構造の工夫によって筒体壁面の耐火材の熱劣化を長時間にわたって防ぎ得ることが示される。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、簡単な構成でもってＣＦ４のように燃分解温度の高い有害物質をも９９％以上の効率で熱分解処理を行うことのできる難燃性物質分解バーナが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による難燃性物質分解バーナの一実施の形態を説明する図。
【符号の説明】
１…難燃性物質分解バーナ、２…筒体、２３…耐火材、３…閉塞壁、３３…耐火材、４０…難燃性物質含有ガス導入ノズル、５０…酸化剤および燃料吹き出しノズル、５１…燃料ノズル、５２…酸化剤ノズル、Ｌ…筒体中心軸線、ｆ…燃焼火炎

Claims

上端側が閉塞壁により閉じており下方側が開放端となっている筒体と、筒体の中心軸線方向に難燃性物質含有ガスを噴出するように閉塞壁に取り付けられた難燃性物質含有ガス導入ノズルと、筒体の中心軸線から同心円上の位置において閉塞壁に取り付けられた複数個の酸化剤および燃料吹き出しノズルとを少なくとも備えており、前記複数個の酸化剤および燃料吹き出しノズルはそれぞれの噴出火炎が筒体の中心軸線上のほぼ同じ点で収束できるように軸線を傾斜させて取り付けられており、火炎の収束した高温領域を通過する過程で難燃性物質含有ガス中の難燃性物質の熱分解処理が進行し、分解処理済みの難燃性物質含有ガスは筒体の下端から流出することを特徴とする難燃性物質分解バーナ。
各酸化剤および燃料吹き出しノズルの軸線の傾斜角度は筒体の中心軸線に対して１５度〜５０度の範囲である請求項１記載の難燃性物質分解バーナ。
処理すべき難燃性物質含有ガスが半導体製造装置からのＰＦＣ（パーフルオロカーボン）を含むプロセス排ガスであることを特徴とする請求項１または２記載の難燃性物質分解バーナ。
処理すべき難燃性物質含有ガスが半導体製造装置からのＣＦ４またはＳＦ６を含むプロセス排ガスであることを特徴とする請求項１または２記載の難燃性物質分解バーナ。