JP5839915B2

JP5839915B2 - 六フッ化硫黄分解処理装置及び方法

Info

Publication number: JP5839915B2
Application number: JP2011207766A
Authority: JP
Inventors: 絢子嬉野; 塚原　千幸人; 千幸人塚原; 篤史生田; 文人葛島; 忠継福住
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-09-22
Filing date: 2011-09-22
Publication date: 2016-01-06
Anticipated expiration: 2031-09-22
Also published as: JP2013067537A

Description

本発明は、六フッ化硫黄を簡易且つ確実に分解無害化処理できる六フッ化硫黄分解処理装置及び方法に関する。

六フッ化硫黄（ＳＦ₆）は、化学的に安定度の高い無毒、無臭、無色の不燃性の気体であり、例えば、電気絶縁、酸化防止剤、液晶ドライエッチング剤等で用いられていた。
しかしながら、気候変動に関する政府間パネル（ＩＰＣＣ：ＩｎｔｅｒｇｏｖｅｒｎｍｅｎｔａｌＰａｎｅｌｏｎＣｌｉｍａｔｅＣｈａｎｇｅ）の第二次評価報告書（１９９５）において、温室効果ガス（ＧｒｅｅｎｈｏｕｓｅＧａｓ：ＧＨＧ）として、二酸化炭素（ＣＯ₂）、メタン（ＣＨ₄）、亜酸化窒素（Ｎ₂Ｏ）、ハイドロフルオロカーボン、パーフルオロカーボン、六フッ化硫黄（ＳＦ₆）が指定され、近年の法規制強化から温室効果ガスの削減が急務となっている。

この温室効果ガス（ＧＨＧ）において、特に六フッ化硫黄（ＳＦ₆）の温暖化係数は、二酸化炭素（ＣＯ₂）の２３，９００倍とされており、その発生量の低減が切望されている。寿命は３２００年と極めて長い安定した物質である。

そこで、従来において、例えばヒータによる加熱分解処理、水素及び酸素、プロパン、都市ガス等を用いて、例えば燃焼分解、誘導結合熱プラズマ処理による廃棄六フッ化硫黄の分解手法等が提案されている（特許文献１）。

特開２００１−３００２９８号公報

しかしながら、特許文献１に係る従来提案の方法は、廃棄六フッ化硫黄（ＳＦ₆）を熱分解するので、有害な分解生成物（例えばＳＦ₄、Ｓ₂Ｆ₂、ＳＯＦ₄、ＳＯ₂Ｆ₂、ＨＦ、Ｆ₂、ＣＯＣｌ₂等）を生じるという問題がある。

これらの分解生成物の除去設備として、ＣａＯ、Ｃａ（ＯＨ）₂、ＭｇＯとの化学反応による無害化処理することとしているが、その除去率は十分ではなく、問題である。

また、燃焼処理は熱分解処理では、分解温度が均一でないために、未分解で排出される場合があり、ＣａＯ等を用いた除去設備を素通りする、という問題がある。

さらに、六フッ化硫黄（ＳＦ₆）は無害物資であるにもかかわらず、その処理工程において有害物質が発生するために、環境に十分配慮する必要から、処理設備の設置費用が嵩むと、いう問題がある。

なお、再生処理をすることも提案されるが、前述したように、温室効果ガスの削減の観点からその使用は制限され、保管している貯蔵タンク等の廃棄六フッ化硫黄（ＳＦ₆）の無害化処理の技術の確立が急務である。

本発明は、前記問題に鑑み、廃棄六フッ化硫黄を簡易且つ確実に分解無害化処理できる六フッ化硫黄分解処理装置及び方法を提供することを課題とする。

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、六フッ化硫黄を貯蔵する六フッ化硫黄貯蔵タンクと、アルカリ金属溶融物を貯留するアルカリ金属溶融容器と、前記アルカリ金属溶融容器の周囲を覆い、その内部を不活性ガスで保護する保護容器と、前記保護容器の外部からアルカリ金属溶融容器内を加熱する加熱手段と、前記アルカリ金属溶融容器内のアルカリ金属溶融物の表面に、六フッ化硫黄（ＳＦ₆）を供給する六フッ化硫黄供給手段とを具備し、前記アルカリ金属溶融容器内において、アルカリ金属溶融物と、六フッ化硫黄とを反応させ、金属フッ化物と硫黄（Ｓ）との反応生成物を生成してなることを特徴とする六フッ化硫黄分解処理装置にある。

第２の発明は、第１の発明において、前記六フッ化硫黄供給手段に加熱手段を設けることを特徴とする六フッ化硫黄分解処理装置にある。

第３の発明は、第１又は２の発明において、前記アルカリ金属溶融物１３の溶融温度が２００〜４００℃であることを特徴とする六フッ化硫黄分解処理装置にある。

第４の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、前記アルカリ金属が金属リチウム（Ｌｉ）、又は金属ナトリウム（Ｎａ）であることを特徴とする六フッ化硫黄分解処理装置にある。

第５の発明は、第１乃至４のいずれか一つの発明において、前記不活性ガスがアルゴン（Ａｒ）であることを特徴とする六フッ化硫黄分解処理装置にある。

第６の発明は、六フッ化硫黄を貯蔵する六フッ化硫黄貯蔵タンクと、反応容器内に、アルカリ金属粒状物を、不活性ガスを用いて供給するアルカリ金属供給手段と、前記反応容器内に、六フッ化硫黄（ＳＦ₆）を供給する六フッ化硫黄供給手段と、前記六フッ化硫黄を供給する際に加熱する加熱手段と、前記反応容器内において、アルカリ金属粒状物と、六フッ化硫黄（ＳＦ₆）とを反応させ、金属フッ化物と硫黄（Ｓ）との反応生成物を生成してなることを特徴とする六フッ化硫黄分解処理装置にある。

第７の発明は、六フッ化硫黄を貯蔵する六フッ化硫黄貯蔵タンクと、流動層反応容器内に、流動アルカリ金属粒状物を供給する流動アルカリ金属供給手段と、前記流動層反応装置内に、六フッ化硫黄（ＳＦ₆）を供給する六フッ化硫黄供給手段と、前記六フッ化硫黄を供給する際に加熱する加熱手段と、前記流動層反応装置内において、アルカリ金属粒状物と、六フッ化硫黄（ＳＦ₆）とを反応させ、金属フッ化物と硫黄（Ｓ）との反応生成物を生成してなることを特徴とする六フッ化硫黄分解処理装置にある。

第８の発明は、第６又は７の発明において、前記六フッ化硫黄（ＳＦ₆）の加熱温度が２００℃であることを特徴とする六フッ化硫黄分解処理装置にある。

第９の発明は、アルカリ金属溶融容器内のアルカリ金属を外部から加熱して溶融状態とすると共に、このアルカリ金属溶融物に廃棄六フッ化硫黄を噴射し、金属フッ化物と硫黄（Ｓ）との反応生成物を生成させ、六フッ化硫黄を無害化処理することを特徴とする六フッ化硫黄分解処理方法にある。

第１０の発明は、第９の発明において、前記アルカリ金属溶融物の溶融温度が２００〜４００℃であることを特徴とする六フッ化硫黄分解処理方法にある。

第１１の発明は、反応容器内にアルカリ金属粒状物を供給すると共に、このアルカリ金属粒状物に六フッ化硫黄を噴射し、金属フッ化物と硫黄（Ｓ）との反応生成物を生成させ、六フッ化硫黄を無害化処理することを特徴とする六フッ化硫黄分解処理方法にある。

第１２の発明は、流動層反応容器内にアルカリ金属粒状物を流動させると共に、このアルカリ金属粒状物に六フッ化硫黄を噴射し、金属フッ化物と硫黄（Ｓ）との反応生成物を生成させ、六フッ化硫黄を無害化処理することを特徴とする六フッ化硫黄分解処理方法にある。

本発明によれば、アルカリ金属を外部から加熱して溶融状態とすると共に、このアルカリ金属溶融物に六フッ化硫黄を噴射し、金属フッ化物（ＬｉＦ）と硫黄（Ｓ）との反応生成物を生成させ、六フッ化硫黄を無害化処理するので、六フッ化硫黄（ＳＦ₆）の完全無害化処理を確実に且つ安全に行うことができる。

また、アルカリ金属の粒状物を用いて、該アルカリ金属の粒状物を空間内に供給又は流動層内に供給させ、ここに六フッ化硫黄を噴射し、金属フッ化物（ＬｉＦ）と硫黄（Ｓ）との反応生成物を生成させ、六フッ化硫黄を無害化処理するので、六フッ化硫黄（ＳＦ₆）の完全無害化処理を確実に且つ安全に行うことができる。

図１は、実施例１に係る六フッ化硫黄分解処理装置の概略図である。図２は、実施例２に係る六フッ化硫黄分解処理装置の概略図である。図３は、実施例３に係る六フッ化硫黄分解処理装置の概略図である。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

本発明による実施例に係る六フッ化硫黄分解処理装置について、図面を参照して説明する。図１は、実施例１に係る六フッ化硫黄分解処理装置の概略図である。
図１に示すように、六フッ化硫黄分解処理装置１０Ａは、廃棄六フッ化硫黄（ＳＦ₆）１１を貯蔵する六フッ化硫黄貯蔵タンクであるＳＦ₆ガス貯蔵タンク１２と、アルカリ金属（例えば金属リチウム（Ｌｉ））溶融物（以下「金属Ｌｉ溶融物１３」という）を貯留するアルカリ金属溶融容器であるＬｉ溶融容器１４と、前記Ｌｉ溶融容器１４の周囲を覆い、その内部を不活性ガス（アルゴン、ヘリウム）１５で保護する保護容器１６と、前記保護容器１６の外部からＬｉ溶融容器１４内を加熱する加熱手段である第１の加熱ヒータ１７と、前記Ｌｉ溶融容器１４内の金属Ｌｉ溶融物１３の表面に、六フッ化硫黄１１を供給する六フッ化硫黄供給手段であるＳＦ₆ガス供給管１８とを具備し、前記Ｌｉ溶融容器１４内において、アルカリ金属溶融物１３と、六フッ化硫黄１１とを反応させ、金属フッ化物（ＬｉＦ）と硫黄（Ｓ）との反応生成物１９を生成してなるものである。
なお、図１中、符号Ｌ₁はＳＦ₆ガス供給ライン、Ｌ₂は不活性ガス供給ライン、Ｖ₁、Ｖ₂は開閉バルブを各々図示する。

前記アルカリ金属溶融物１３の溶融温度は、２００〜４００℃とするように外部に設けた第１の加熱ヒータ１７を用いて溶融して、反応の進行を促進して、六フッ化硫黄（ＳＦ₆）１１の分解を完全としている。

ここで、本実施例においては、ＳＦ₆ガス供給管１８の周囲を加熱する加熱手段である第２の加熱ヒータ２０を設けているが、反応が十分進行する場合に、又は第１の加熱ヒータ１７でＬｉ容器内の金属Ｌｉ溶融物１３が十分に加熱されている場合には、加熱する必要又は設置する必要はない。

六フッ化硫黄貯蔵タンクとして六フッ化硫黄（ＳＦ₆ガス）貯蔵タンク１２を用いているが、使用済ＳＦ₆ガスを回収した後、所定圧力（例えば圧力１０ｋｇ／ｃｍ₃以上）をかけて液体状態のＳＦ₆を貯蔵する液体ＳＦ₆貯蔵タンクを用いるようにしてもよい。

本発明で用いるアルカリ金属としては、金属リチウム（Ｌｉ）を用いるのが操作性の点から好ましいが、六フッ化硫黄（ＳＦ₆）１１を分解するのは金属リチウム以外に金属ナトリウム（Ｎａ）、金属カリウム（Ｋ）等のアルカリ金属を例示することができる。

不活性ガス１５を供給するのは、保護容器１６内から外部に六フッ化硫黄が流出するのを防止するものであり、不活性ガスとしては、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）等を用いるのが好ましい。なお、不活性ガスとして多用されている窒素は、六フッ化硫黄の窒化物を生成するので好ましくない。

金属Ｌｉ溶融物１３を用いて六フッ化硫黄を処理するには、先ず金属Ｌｉを２００〜４００℃、好ましくは３００〜４００℃に加熱溶融したＬｉ溶融容器１４内にＳＦ₆ガスを噴射することで、下記（１）式の反応を生じさせるようにしている。
反応生成物１９を構成するＬｉＦ（固体）及びＳ（固体）は比重が重いので、金属Ｌｉ溶融物１３の底に溜まるので、所定量溜まった場合には、別途排出し、必要に応じて再生処理するようにしている。
６Ｌｉ（固体）＋ＳＦ₆（気体）→６ＬｉＦ（固体）＋Ｓ（固体）＋Ｑ（反応熱）・・・（１）

なお、Ｌｉ溶融容器１４内の気相部は、不活性ガス１５であるアルゴンガス雰囲気としている。これは空気が存在すると空気中の二酸化炭素とＬｉとが反応して炭酸リチウム（Ｌｉ₂ＣＯ₃）を発生し、好ましくないからである。

また、排気ガス２１は、例えば水スクラバ等により洗浄処理した後、外部に排出される。

以上、本発明によれば、廃棄六フッ化硫黄（ＳＦ₆）の完全無害化処理を確実に且つ安全に行うことができる。

本発明による実施例に係る六フッ化硫黄分解処理装置について、図面を参照して説明する。図２は、実施例２に係る六フッ化硫黄分解処理装置の概略図である。なお、図１に示す実施例１の六フッ化硫黄分解処理装置の構成部材と同一部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図２に示すように、六フッ化硫黄分解処理装置１０Ｂは、廃棄六フッ化硫黄（ＳＦ₆）１１を貯蔵する六フッ化硫黄貯蔵タンク１２と、反応容器５１内に、アルカリ金属である例えば金属リチウム（Ｌｉ）粒状物（以下、「金属Ｌｉ粒状物」という）５２を、不活性ガス１５を用いて供給するアルカリ金属供給手段である供給ラインＬ₁₃と、前記反応容器５１内に、六フッ化硫黄（ＳＦ₆）１１を供給する六フッ化硫黄供給手段である供給ラインＬ₁₁と、前記六フッ化硫黄を供給する際に加熱する加熱手段である加熱ヒータ５５と、前記反応容器５１内において、金属Ｌｉ粒状物５２と、六フッ化硫黄（ＳＦ₆）１１とを反応させ、金属フッ化物（ＬｉＦ）と硫黄（Ｓ）との反応生成物５６を生成してなるものである。
なお、図２中、符号Ｌ₁₁はＳＦ₆ガス供給ライン、Ｌ₁₂は不活性ガス供給ライン、、Ｌ₁₃は金属Ｌｉ粒状物供給ライン、Ｌ₁₄は反応生成物排出ライン、Ｖ₁₂、Ｖ₁₃は開閉バルブ、反応生成物受容器、５８ａはガス供給ノズル、５８ｂは供給ノズルを各々図示する。

金属Ｌｉ粒状物５２を用いて六フッ化硫黄を処理するには、先ず別途粒状化（例えば１００μｍ以下）した金属Ｌｉ粒状物５２を金属Ｌｉ供給タンク５３に充填し、不活性ガス（Ａｒ）を用いて、金属Ｌｉ粒状物供給ラインＬ₁₃から反応容器５１内に供給する。これと同時に、加熱ヒータ（２００℃）により加熱したＳＦ₆ガスをガス供給ノズル５８ａから噴射することで、前述した（１）式の反応を生じさせるようにしている。

また、反応容器５１の底部に溜まった反応生成物５６は、反応生成物排出ラインＬ₁₄を介して反応生成物受容器５７に排出され、別途処理するようにしている。

ここで、金属Ｌｉ粒状物５２と六フッ化硫黄（ＳＦ₆）１１との反応は、前述した式（１）に示すように、発熱反応であるので、必要に応じて反応容器５１を冷却する冷却手段（図示せず）を設けるようにしてもよい。

本実施例では、実施例１と較べて、連続して廃棄六フッ化硫黄（ＳＦ₆）１１を供給して無害化処理することができることとなる。

本発明による実施例に係る六フッ化硫黄分解処理装置について、図面を参照して説明する。図３は、実施例３に係る六フッ化硫黄分解処理装置の概略図である。なお、図１及び２に示す実施例１及び２の六フッ化硫黄分解処理装置の構成部材と同一部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図３に示すように、六フッ化硫黄分解処理装置１０Ｃは、廃棄六フッ化硫黄（ＳＦ₆）１１を貯蔵する六フッ化硫黄貯蔵タンク１２と、流動層反応装置７１内に、流動アルカリ金属粒状物である例えば流動金属リチウム（Ｌｉ）粒状物７２を、不活性ガス（例えばＡｒ）を用いて供給する流動アルカリ金属供給装置７３と、前記流動層反応装置７１内に、六フッ化硫黄（ＳＦ₆）１１を供給する六フッ化硫黄供給手段である供給ラインＬ₂₁と、前記六フッ化硫黄を供給する際に加熱する加熱手段である加熱ヒータ５５と、前記流動層反応装置７１内において、金属Ｌｉ粒状物５２と、六フッ化硫黄（ＳＦ₆）１１とを流動化反応させ、金属フッ化物（ＬｉＦ）と硫黄（Ｓ）との反応生成物５６を生成してなるものである。符号７４は流動層反応装置７１内に、流動ガス（例えばＡｒ）７５を供給する流動ガス供給装置である。

本実施例では、流動層反応部７１−１とフリーボード部７１−２と加熱部７１−３とから流動層反応装置７１を構成している。また、フリーボード部７３−２は、流動層反応部７３−１よりもその流路断面積の大きいものが好ましい。

実施例２においては、反応容器５１の空間内に、金属Ｌｉ粒状物５２と六フッ化硫黄ＳＦ₆）１１とを供給して、接触反応させているが、本実施例においては、流動材を用いた流動層反応容器を用いて、反応させるようにしている。

反応生成物は、所定時間経過後に流動層反応部７１−１からその一部を回収装置７７で回収反応生成物７６として回収している。その後、流動材を分離し、流動材は、再利用している。

本実施例では、実施例１と較べて、連続して六フッ化硫黄（ＳＦ₆）１１を供給して無害化処理することができることとなる。

１０Ａ、１０Ｂ六フッ化硫黄分解処理装置
１１六フッ化硫黄（ＳＦ₆）
１２六フッ化硫黄（ＳＦ₆ガス）貯蔵タンク
１３金属Ｌｉ溶融物
１４Ｌｉ溶融容器
１５不活性ガス
１６保護容器
１７第１の加熱ヒータ
１８ＳＦ₆ガス供給管
１９反応生成物
５１反応容器
５２金属Ｌｉ粒状物
５３金属Ｌｉ供給タンク
５５加熱ヒータ
５６反応生成物
７１流動層反応装置
７２流動金属Ｌｉ粒状物
７６回収反応生成物

Claims

六フッ化硫黄を貯蔵する六フッ化硫黄貯蔵タンクと、
アルカリ金属溶融物を貯留するアルカリ金属溶融容器と、
前記アルカリ金属溶融容器の周囲を覆い、その内部を不活性ガスで保護する保護容器と、
前記保護容器の外部からアルカリ金属溶融容器内を加熱する加熱手段と、
前記アルカリ金属溶融容器内のアルカリ金属溶融物の表面に、六フッ化硫黄（ＳＦ₆）を供給する六フッ化硫黄供給手段とを具備し、
前記アルカリ金属溶融容器内において、アルカリ金属溶融物と、六フッ化硫黄とを反応させ、金属フッ化物と硫黄（Ｓ）との反応生成物を生成してなることを特徴とする六フッ化硫黄分解処理装置。
請求項１において、
前記六フッ化硫黄供給手段に加熱手段を設けることを特徴とする六フッ化硫黄分解処理装置。
請求項１又は２において、
前記アルカリ金属溶融物の溶融温度が２００〜４００℃であることを特徴とする六フッ化硫黄分解処理装置。
請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
前記アルカリ金属が金属リチウム（Ｌｉ）、又は金属ナトリウム（Ｎａ）であることを特徴とする六フッ化硫黄分解処理装置。
請求項１乃至４のいずれか一つにおいて、
前記不活性ガスがアルゴン（Ａｒ）であることを特徴とする六フッ化硫黄分解処理装置。
六フッ化硫黄を貯蔵する六フッ化硫黄貯蔵タンクと、
反応容器内に、アルカリ金属粒状物を、不活性ガスを用いて供給するアルカリ金属供給手段と、
前記反応容器内に、六フッ化硫黄（ＳＦ₆）を供給する六フッ化硫黄供給手段と、
前記六フッ化硫黄を供給する際に加熱する加熱手段と、
前記反応容器内において、アルカリ金属粒状物と、六フッ化硫黄（ＳＦ₆）とを反応させ、金属フッ化物と硫黄（Ｓ）との反応生成物を生成してなることを特徴とする六フッ化硫黄分解処理装置。
六フッ化硫黄を貯蔵する六フッ化硫黄貯蔵タンクと、
流動層反応容器内に、流動アルカリ金属粒状物を供給する流動アルカリ金属供給手段と、
前記流動層反応装置内に、六フッ化硫黄（ＳＦ₆）を供給する六フッ化硫黄供給手段と、
前記六フッ化硫黄を供給する際に加熱する加熱手段と、
前記流動層反応装置内において、アルカリ金属粒状物と、六フッ化硫黄（ＳＦ₆）とを反応させ、金属フッ化物と硫黄（Ｓ）との反応生成物を生成してなることを特徴とする六フッ化硫黄分解処理装置。
請求項６又は７において、
前記六フッ化硫黄（ＳＦ₆）の加熱温度が２００℃であることを特徴とする六フッ化硫黄分解処理装置。
アルカリ金属溶融容器内のアルカリ金属を外部から加熱して溶融状態とすると共に、このアルカリ金属溶融物に廃棄六フッ化硫黄を噴射し、金属フッ化物と硫黄（Ｓ）との反応生成物を生成させ、六フッ化硫黄を無害化処理することを特徴とする六フッ化硫黄分解処理方法。
請求項９において、
前記アルカリ金属溶融物の溶融温度が２００〜４００℃であることを特徴とする六フッ化硫黄分解処理方法。
反応容器内にアルカリ金属粒状物を供給すると共に、このアルカリ金属粒状物に六フッ化硫黄を噴射し、金属フッ化物と硫黄（Ｓ）との反応生成物を生成させ、六フッ化硫黄を無害化処理することを特徴とする六フッ化硫黄分解処理方法。
流動層反応容器内にアルカリ金属粒状物を流動させると共に、このアルカリ金属粒状物に六フッ化硫黄を噴射し、金属フッ化物と硫黄（Ｓ）との反応生成物を生成させ、六フッ化硫黄を無害化処理することを特徴とする六フッ化硫黄分解処理方法。