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    • 1. 发明专利
    • 氟化合物之分解方法
    • TWI320330B
    • 2010-02-11
    • TW093101874
    • 2004-01-28
    • 昭和電工股份有限公司
    • 岡正和
    • B01D
    • B01D53/685B01D53/70B01D53/8662B01D2253/104B01D2257/2027B01D2257/2066B01D2257/2068Y02C20/30
    • 提供分解分子內含碘原子之氟化合物,分解生成物之無害化去除之方法。
      分子內含碘原子之氟化合物,以含有氧化鋁與鹼土金屬化合物之分解反應劑分解之同時,生成之氯、氟及/或硫黃固化成為反應分解劑中之鹼土金屬之氯化物、氟化物及/或硫酸鹽,不能固化為鹼土金屬鹽之碘以吸收劑去除。 【創作特點】 有鑑於上述狀況,本發明之課題為提供分解分子內含碘原子之氟化合物或分解使用此化合物之含由蝕刻排出氣體之化合物,分解之生成物可無害化去除,安全的排至環境之方法。
      本發明者等,為解決上述之課題經深入研究之結果,分子內含碘原子之氟化合物,使用含氧化鋁與鹼土金屬化合物之分解反應劑,以理想的200℃以上溫度分解,同時生成之氯、氟、及/或硫黃固定成為無害之分解反應劑中之鹼土金屬氯化物、氟化物及/或硫酸鹽,不能固定為鹼土金屬鹽之碘由吸著劑吸附無害的除去,更因應必要於吸著劑層之入口部份由設置網狀物質固著蒸氣壓以上的碘,發現由於蒸氣壓以上的碘固著於吸著層入口,可防止通路之閉塞,完成本發明。
      因此,本發明係有關以下〔1〕~〔15〕之分解方法。
      〔1〕包含使分子內含碘原子之氟化合物,與含氧化鋁與鹼土金屬化合物之分解反應劑接觸,其次該接觸後所得之氣體與吸著劑接觸之氟化合物之分解方法。
      〔2〕上述氧化鋁為擬勃姆石氧化鋁之如上述〔1〕記載之方法。
      〔3〕上述鹼土金屬化合物為鎂、鈣、鍶、及/或鋇之碳酸鹽之如上述〔1〕記載之方法。
      〔4〕上述反應劑係至少含一種銅、錫、鎳、鈷、鉻、鉬、鎢及/或釩所成群中所選之金屬氧化物之如上述〔1〕所記載之方法。
      〔5〕上述反應劑之鹼土金屬含量為0.1質量%以下之如上述〔1〕所記載之方法。
      〔6〕上述反應劑之粒徑為0.5~10 mm粒劑之如上述〔1〕所記載之方法。
      〔7〕上述反應劑之水分含量為1質量%以下之如上述〔6〕所記載之方法。
      〔8〕分子內含碘原子之氟化合物與反應劑以200℃以上溫度接觸之如上述〔1〕所記載之方法。
      〔9〕含分子內含碘原子之氟化合物之氣體,為上述氟化合物使用於蝕刻或洗淨時之排出氣體之如上述〔1〕所記載之方法。
      〔10〕含有分子內含碘原子之氟化合物氣體與上述反應劑於氧之存在下,以500℃以上之溫度接觸抑制生成一氧化碳如上述〔1〕所記載之方法。
      〔11〕上述吸著劑係至少1種由活性碳、氧化鋁、氧化矽膠及沸石所成群中所選之吸著劑之如上述〔1〕所記載之方法。
      〔12〕與上述吸著劑接觸之氣體流通速度為20Nm/分以下之如上述〔1〕所記載之方法。
      〔13〕上述吸著劑塡充層之前設置碘固著層之如上述〔1〕所記載之方法。
      〔14〕碘固著層之空間率為80%以上之如上述〔13〕所記載之方法。
      〔15〕分子內含碘原子之氟化合物係至少1種由氟碘烴、氫氟碘烴、氯碘烴及氫氯氟碘烴所成群所選之如上述〔1〕所記載之方法。〔發明之實施型態〕
      以下詳細說明本發明之理想型態。
      依本發明方法可分解及無害化,分子內含化合物可列舉如CF3I、CF2I2、CFI3、CHF2I、CH2FI、CClF2I、CClFI2、CHFI2、C2F5I、C2F4I2、C2ClF4I、C2ClF3I2、C2Cl2F2I2、C2HF4I、C2HF3I2、C2H2F3I、C2HClF3I、C2F3I、C2F2I2、C2HF2I、C2F5IO、C2F4I2O等之化合物。
      此等之分子內含碘原子氟化合物依本發明之方法分解處理時,此化合物之氣體可用氦、氬、氮等之惰性氣體或空氣稀釋,或伴同常溫時為液態之其他氣體或空氣時以含0.01vol%量以上其蒸氣所成之混合物亦可。又,氣體之種類可使用單獨或2種以上之混合物。
      又,依本發明例如使用於蝕刻等副產之全氟烴(CF4、C2F6等)之溫暖化係數高、難分解性之化合物或HF、SiF4、COF2等之化合物亦同樣由分解及固化,固化成為無害之鹼土金屬鹽之氟化物(例如CaF2),難以固定為鹼土金屬鹽之碘亦可用吸著劑吸附而無害化。
      此處,分解後之碘成分不能與氟成分同樣固定成為鹼土金屬鹽之理由,係鹼土金屬碘化物較鹼土金屬氟化物不安定難於熱分解之溫度下安定存在之故。
      因此,含碘氟化合物以分解反應劑分解之由分解反應器之出口,跑出不能固定為鹼土金屬碘化物之碘,依確保環境及生物之安全觀點碘必要去除。
      所以,本發明於分解反應器之後段,由設置為除去碘之吸著劑,可除去難以吸分解劑固定之碘成為無害化物。
      此處,為去除碘可使用之吸著劑,可使用活性碳、氧化鋁、氧化矽膠、沸石等之一般市售品,或市售品進行添附金屬等之處理提高吸附能力者其中活性碳去除碘之吸吸能力高,價格亦便宜為理想。但是,高氧濃度下由於吸附熱之發熱影響活性碳,有燃燒的可能性,以使用分子篩等之不燃性吸著劑為理想。
      此處,吸附去除碘之溫度,僅可能以低溫吸附量高為理想,不必使用過於複雜構成之裝設冷卻裝置等之吸附裝置,吸附溫度以100℃以下為理想,更理想為50℃以下。
      此處,由於碘為昇華性物質,在昇華壓以下之溫度,一部份之碘會固化,繼續流通時,配管有閉塞的可能性。此時,結合分解反應器與吸附筒之配管加溫至蒸氣壓以上的溫度,含碘氣體不成為昇華壓以下的溫度可防止阻塞。
      又,高溫部份氣化之碘,於吸著劑入口冷卻固化而閉塞,氣體有不流通之可能性。因此,塡充吸著劑之容器加熱至碘不固化之溫度可防止因碘固化而閉塞。又,如上述低溫有利於吸附,降低至碘之蒸氣壓力以下之溫度時,為防固化於吸著劑入口,於降低溫度之入口部份堆積粗目之金屬網等,於該部份固著昇華壓以上之碘,吸著劑僅流通昇華壓之碘之部份,吸著劑流通飽和蒸氣壓以上之碘,可防止於吸著劑入口之固化。此金屬網之容積,依分解生成之碘量或吸附溫度決定必要量,過多時吸著量少容易爆滿,過少時引起碘的阻塞,吸著劑容積以1/100~1/2為理想,更理想為1/10~1/4。又,塡充之金屬網過細時由於碘之固著因而阻塞不理想,因此,使用之金屬網之粗細以空間率為80%以上者為理想,90%以上者更為理想。此空間率係顯示一定體積中網固著以外之部份為何種程度,無固著網者為100%,被網全埋者為0%。
      此處,碘閉塞時,由於無氣體流通必要監示是否因碘而閉塞,監示之方法,係考慮於可能閉塞部份之前方設置壓力計,確認無因閉塞而壓力上昇之方法,或出入口設置流量計確認是否保持為同流量。
      對吸著劑流通速度過大時,有容易爆滿或壓損過大之問題。又,過小時而需要大型之吸附筒,依設置面積或操作面較不理想。因此流通速度以0.1~20Nm/分為理想,1~10Nm/分更為理想。
      本發明所使用之碘吸著劑,如上述,可使用市售之吸著劑。例如,可適當的使用椰子殼活性碳(日本味之素FINETECHNO製)、MOLECULAR SIEVE 13 X(日本UNION昭和製)等。吸著劑可由製造商所購得者直接塡充吸附筒使用。例如以150~300℃於惰性氣體流通下進行乾燥處理,可如同新品一樣使用。
      吸著劑之形狀無特別的限制,圓柱狀、球狀等之任一形狀亦可吸附去除。又,吸著劑之大小,粒徑過大時與碘吸附擴散相關之表面積相對的變小,擴散速度變慢。反之粒徑過小時吸附擴散相關之表面積變大擴散速度變快,處理之氣體量變多及壓差亦變大,有礙於吸附容器之精緻化。因此,吸著劑之粒徑為0.5~10mm範圍,以1~5mm範圍為特別理想。
      本發明所使用之分解反應劑係含有氧化鋁與鹼土金屬化合物,分解分子內含有碘原子之氟化合物,生成之氯、氟、及/或硫黃固定為鹼土金屬鹽。
      所使用之氧化鋁,無特別限制,選擇雜質少的適當啟始原料非常重要,本發明作為氧鋁之原料,例如可使用活性鋁或擬勃姆石氧化鋁,以使用擬勃姆石氧化鋁為特別理想。
      又,氧化鋁含雜質鹼金屬含量0.1質量%以下者為理想,0.01重量%以下者更為理想,0.001質量%以下者特別理想。
      鹼土金屬化合物,例如可使用鹼土金屬之碳酸鹽、氫氧化物或氧化物。以使用鎂、鈣、鍶、或鋇之碳酸鹽為理想。鈣之碳酸鹽特別理想。鹼土金屬化合物亦與氧化鋁同樣,含雜質鹼金屬含量0.1質量%以下者為理想,0.01重量%以下者更為理想,0.001質量%以下者特別理想。
      又,本發明使用之反應劑,更至少可含1種銅、錫、鎳、鈷、鉻、鉬、鎢及釩之氧化物。相關之氧化物可列舉如氧化銅(CuO)、氧化錫(SnO2)、氧化鎳(NiO)、氧化鈷(CoO)、氧化鉻(Cr2O3)、氧化鉬(MoO3)、氧化鎢(WO2)、氧化釩(V2O5)等。其中以以使用氧化銅、氧化錫理想。例如反應劑中使用氧化銅或氧化錫時,由於與氧化鋁及鹼土金屬化合物共存,依氟化合物之種類分解生成之一氧化碳於低氧分壓下可氧化為二氧化碳。此等之金屬氧化物亦與上述各原料同樣,含雜質鹼金屬含量0.1質量%以下者為理想,0.01重量%以下者更為理想,0.001質量%以下者特別理想。
      有關本發所使用之反應劑,反應劑添加之氧化鋁與鹼土金屬化合物之含量比例,以質量比為1:9~1:1為佳,更理想為1:4~2:3。由於反應劑中氧化鋁與鹼土金屬化合物共存氟化合物可有效率的分解,其含量因分解反應之進行而變動,至少於分解反應之初期,反應劑以全體質量為1時其質量比以含0.1以上為理想,此比低於0.1時氟化合物之分解不能充分進行。但是,氧化鋁之含量大於0.5質量比時,與此相伴之鹼土金屬含量低反應劑之有效利用變低。
      又,金屬氧化物之含量比例與氧化鋁與鹼土金屬化合物總量之質量比以1:99~5:95為理想。此比較過小時效果不充分過大時效果飽和,又氧化鋁與鹼土金屬化合物之總量相對的降低,不能有效的分解氟化合物。
      上述氧化鋁與鹼土金屬化合物,更與1種或2種以上銅、錫、鎳、鈷、鉻、鉬、鎢及釩之氧化物配合之反應劑造粒時,依水、或原料之粒徑可與水同時添加黏合劑。黏合劑對原料無影響者無特別限制,以配合原料之總質量為1時可添加之質量比之量為0.03~0.05。理想以使用微粉氧化鋁為佳,由添加微粒氧化鋁各原料之分散性可提高,解決鹼土金屬化合物之難造粒性。作為此黏合劑之氧化鋁之粒徑以0.1μm以下者為佳,含雜質鹼金屬含量0.1質量%以下者為理想,0.01重量%以下者更為理想。但是,在不影響所得之分解反應劑之性能之黏合劑者其種類或量無特別限制。
      如上述,反應劑之各配合原料,添加含作為黏合劑之氧化鋁,任一者鹼金屬之總含量以0.1質量%為佳,更且反應劑中之鹼金屬之總含量以0.1質量%以下為佳。反應劑中鹼金屬之總含量超過0.1質量%時由氧化鋁表面之活性點減少,特別是對CF4、C2F6等之PFC分解率會下降。
      本發明所使用之粒狀反應劑製造時,各原料配合後,加入適量水之混練物造粒成為粒狀物。其次,粒狀物以100~200℃之氮氣等惰性氣體或空氣中乾燥蒸發水分。作成粒狀物之理由係提高反應劑之分解活性,及防止塡充至反應容器及作業時之破碎或粉化而提高其硬度。因此,粒狀物以燒結者更佳,即上述造粒乾燥物於氮氣之性氣體或空氣中,以400~700℃範圍,理想為500~700℃範圍燒結為佳。400℃以上係為蒸發造粒步驟所添加之水分提高分解活性,及為提高其硬度。又,高於700℃之溫度,由於鹼土金屬化合物分解(例如CaCO3→CaO+CO2),反應劑之分解率(活性)有下降的情形。即,反應劑之活性不下降之700℃以下將氧化鋁(擬勃姆石)之結合水完全脫水為重要,燒結後含於反應劑之水分含量,於惰性氣體或空氣環境中以500℃加熱時之水分釋出量以1質量%以下者為佳。又,燒結所使用之設備,可使用旋轉窯爐,亦可用固定式爐進行。
      如上所述,本發明所使用之氟化合物分解反應劑係含有必要成分之氧化鋁及鹼土金屬化合物。又,反應劑為於氧分壓下氧化由氟化合物生成之一氧化碳,更可添加CuO、SnO2、NiO、CoO、Cr2O3、MoO3、WO2、V2O5等之金屬氧化物。此反應劑為提高與供給分解之氟化合物之接觸機會,以粒狀為佳,粒徑過大時與碘吸附擴散相關之表面積相對的變小,擴散速度變慢。反之粒徑過小時吸附擴散相關之表面積變大擴散速度變快,處理之氣體量變多及壓差亦變大,有礙於吸附容器之精緻化。因此,吸著劑之粒徑為0.5~10mm範圍,以1~5mm範圍為特別理想。
      其次,說明本發明氟化合物之分解及無害化之方法。即,以上述方法製造之分解劑,於適當的溫度接觸分解含碘原子氟化合物,生成之氯、氟及/或硫黃成為鹼土金屬之氯化物、氟化物固定於反應劑。又,鹼土金屬化合物,例如使用碳酸鹽時,氟化合物來源之碳元素,由碳酸鹽分解之氧元素氧化,放出大部份為CO2或CO。此處,由分解生成不能固定之碘由接觸吸著劑而去除。此時之反應溫度依被處理氣體中所含之化合物而異。
      此處,分子內含碘原子化合物之CF3I單純熱分解於500~600℃分解,使用上述分解反應劑時於200~300℃分解。但是,如半導體製造程序之蝕刻或洗淨之出氣體等,使用或含有多種類之PFC或HFC(氫氟烴)時,其副產氣體亦必需為無害化。副產氣體,例如PFC化合物係分類為氟化合物中難分解性之化合物,其中亦以CF4、C2F6具為最難分解性,單一熱分解之分解必要1200~1400℃之溫度,使用上述之反應劑可於500℃以上之溫度分解。依此化合物之種類,其分解溫度幅度確為大範圍,因此必要依化合物之種類設定反應器之最適當溫度。
      又,依此化合物之種類或構造反應溫度相異,反應溫度以500℃以上為佳。此處,依化合物種類處理氣體有含CO之情形,被處理氣體因與氧共存,CO亦容易氧化為CO2,可完全無害化。
      又,被處理氣體中之氟化合物之濃度無特別的限制,過低時不利於經濟。又過高時,依種類而異,由其生成熱反應溫度上昇。因此,反應器之溫度難於控制或為防止分解生成物之碘閉塞管,以0.01~10vol%之範圍為理想。更理想範圍為0.1~5vol%,特別理想範圍為0.1~3vol%,以惰性氣體或含氧氣體(亦含空氣)稀釋為佳,分解生成熱可強制散熱,可控制者,此濃度不用限制。
      如此,考慮供給解之被處理氣體中之氟化合物之種類及濃度,被處理氣體中之氧濃度、SV(空塔速度)、LV(線速度)及其他氣體之混合狀態,各自設定理想之條件為佳。
      此分解處理,塡充上述反應劑之反應器與設置通至反應器內之被處理氣體導入口,及設置由反應器內排出反應後氣體之氣體排出口,及此反應容器收容爐,及為提高此爐內之環境指定溫度之熱源所成之分解裝置,上述之被處理氣體導入口及氟化合物氣體源可由配管進行連接。
      圖1為顯示本發明方法實施例裝置之一例。預先,一邊由氮氣供給線2或空氣或氧氣供給線3流通一定量作為載氣之氣體,一邊於反應器7塡充之反應劑10,由設置於反應器7之溫度應器12及溫度控制器9,以電熱器8上昇至指定溫度,控制於定溫。
      控制於指定溫度後,被處理氣體由分子內含碘原子氟化合物氣體之供給線1及氮氣供給線2或空氣或氧氣供給線3,經由各閥導至混合器5,又,因應必要之氣體經由其他氣體供給線4導入混合器5。其次,混合後之被處理氣體由氣體導入管導至反應器7。被導至反應器7之氣體與上昇至指定溫度之反應劑接觸而分解。分解後之被處理氣體(排氣),通過由配管加熱器13保溫之配管導入吸附筒15。吸附筒15其部設置碘固著層16,其下流塡充塡充劑17。又,由設置氣體抽樣用之反應器入口氣體分析用6,反應器出口氣體及吸附筒入口分析用14,吸附筒出口分析用18之抽樣部可進行各氣體之成分分析。
      如此,被處理氣體中之氟化合物約略完全被分解,由反應器排出之碘亦由吸附去除。分解之氟化合物中之氟等之鹵素及碳成分與反應劑中之鹼土金屬化合物反應,例如氟成分被固定於反應劑成為安定之CaF2之鹼土金屬氟化物,碳素大部份成為CO2與氮氣等之稀釋氣體同時排氣,碘被固定於吸著劑。因此,處理後之氣體,實質上不含氟成分,或碘及一氧化碳等之有害物,成為無害氣體。
      塡充之反應劑之分解能完了時分解反應即終了,此反應之終點可由開始檢出氟化合物時知悉。檢出氟化合物,反應劑無分解能力時,停止裝置之驅動,塡充新反應劑再開始分解反應之批次方式,及於同一裝置依順序或交換預先塡充反應劑之預備反應器,進行氟化合物之分解。
      又,吸著劑之爆滿可由吸著劑出口之碘濃度監示而知。爆滿時,交換預先塡充吸著劑之預備碘吸附筒,再進行吸附。
      為連續化此批次式,併設複數之同樣反應器及吸附容器,一方之反應器及吸附容器在驅動時,另一方之反應器替換反應劑及替換吸附容器之吸著劑,或進行更換預先塡充反應劑之預備反應器及預先塡充吸著劑之預備碘吸附筒,一方之反應器及吸附容器停止時,切換為他方之氣體通路,可採用所謂複塔切換方式。
    • 提供分解分子内含碘原子之氟化合物,分解生成物之无害化去除之方法。 分子内含碘原子之氟化合物,以含有氧化铝与碱土金属化合物之分解反应剂分解之同时,生成之氯、氟及/或硫黄固化成为反应分解剂中之碱土金属之氯化物、氟化物及/或硫酸盐,不能固化为碱土金属盐之碘以吸收剂去除。 【创作特点】 有鉴于上述状况,本发明之课题为提供分解分子内含碘原子之氟化合物或分解使用此化合物之含由蚀刻排出气体之化合物,分解之生成物可无害化去除,安全的排至环境之方法。 本发明者等,为解决上述之课题经深入研究之结果,分子内含碘原子之氟化合物,使用含氧化铝与碱土金属化合物之分解反应剂,以理想的200℃以上温度分解,同时生成之氯、氟、及/或硫黄固定成为无害之分解反应剂中之碱土金属氯化物、氟化物及/或硫酸盐,不能固定为碱土金属盐之碘由吸着剂吸附无害的除去,更因应必要于吸着剂层之入口部份由设置网状物质固着蒸气压以上的碘,发现由于蒸气压以上的碘固着于吸着层入口,可防止通路之闭塞,完成本发明。 因此,本发明系有关以下〔1〕~〔15〕之分解方法。 〔1〕包含使分子内含碘原子之氟化合物,与含氧化铝与碱土金属化合物之分解反应剂接触,其次该接触后所得之气体与吸着剂接触之氟化合物之分解方法。 〔2〕上述氧化铝为拟勃姆石氧化铝之如上述〔1〕记载之方法。 〔3〕上述碱土金属化合物为镁、钙、锶、及/或钡之碳酸盐之如上述〔1〕记载之方法。 〔4〕上述反应剂系至少含一种铜、锡、镍、钴、铬、钼、钨及/或钒所成群中所选之金属氧化物之如上述〔1〕所记载之方法。 〔5〕上述反应剂之碱土金属含量为0.1质量%以下之如上述〔1〕所记载之方法。 〔6〕上述反应剂之粒径为0.5~10 mm粒剂之如上述〔1〕所记载之方法。 〔7〕上述反应剂之水分含量为1质量%以下之如上述〔6〕所记载之方法。 〔8〕分子内含碘原子之氟化合物与反应剂以200℃以上温度接触之如上述〔1〕所记载之方法。 〔9〕含分子内含碘原子之氟化合物之气体,为上述氟化合物使用于蚀刻或洗净时之排出气体之如上述〔1〕所记载之方法。 〔10〕含有分子内含碘原子之氟化合物气体与上述反应剂于氧之存在下,以500℃以上之温度接触抑制生成一氧化碳如上述〔1〕所记载之方法。 〔11〕上述吸着剂系至少1种由活性碳、氧化铝、氧化硅胶及沸石所成群中所选之吸着剂之如上述〔1〕所记载之方法。 〔12〕与上述吸着剂接触之气体流通速度为20Nm/分以下之如上述〔1〕所记载之方法。 〔13〕上述吸着剂填充层之前设置碘固着层之如上述〔1〕所记载之方法。 〔14〕碘固着层之空间率为80%以上之如上述〔13〕所记载之方法。 〔15〕分子内含碘原子之氟化合物系至少1种由氟碘烃、氢氟碘烃、氯碘烃及氢氯氟碘烃所成群所选之如上述〔1〕所记载之方法。〔发明之实施型态〕 以下详细说明本发明之理想型态。 依本发明方法可分解及无害化,分子内含化合物可枚举如CF3I、CF2I2、CFI3、CHF2I、CH2FI、CClF2I、CClFI2、CHFI2、C2F5I、C2F4I2、C2ClF4I、C2ClF3I2、C2Cl2F2I2、C2HF4I、C2HF3I2、C2H2F3I、C2HClF3I、C2F3I、C2F2I2、C2HF2I、C2F5IO、C2F4I2O等之化合物。 此等之分子内含碘原子氟化合物依本发明之方法分解处理时,此化合物之气体可用氦、氩、氮等之惰性气体或空气稀释,或伴同常温时为液态之其他气体或空气时以含0.01vol%量以上其蒸气所成之混合物亦可。又,气体之种类可使用单独或2种以上之混合物。 又,依本发明例如使用于蚀刻等副产之全氟烃(CF4、C2F6等)之温暖化系数高、难分解性之化合物或HF、SiF4、COF2等之化合物亦同样由分解及固化,固化成为无害之碱土金属盐之氟化物(例如CaF2),难以固定为碱土金属盐之碘亦可用吸着剂吸附而无害化。 此处,分解后之碘成分不能与氟成分同样固定成为碱土金属盐之理由,系碱土金属碘化物较碱土金属氟化物不安定难于热分解之温度下安定存在之故。 因此,含碘氟化合物以分解反应剂分解之由分解反应器之出口,跑出不能固定为碱土金属碘化物之碘,依确保环境及生物之安全观点碘必要去除。 所以,本发明于分解反应器之后段,由设置为除去碘之吸着剂,可除去难以吸分解剂固定之碘成为无害化物。 此处,为去除碘可使用之吸着剂,可使用活性碳、氧化铝、氧化硅胶、沸石等之一般市售品,或市售品进行添附金属等之处理提高吸附能力者其中活性碳去除碘之吸吸能力高,价格亦便宜为理想。但是,高氧浓度下由于吸附热之发热影响活性碳,有燃烧的可能性,以使用分子筛等之不燃性吸着剂为理想。 此处,吸附去除碘之温度,仅可能以低温吸附量高为理想,不必使用过于复杂构成之装设冷却设备等之吸附设备,吸附温度以100℃以下为理想,更理想为50℃以下。 此处,由于碘为升华性物质,在升华压以下之温度,一部份之碘会固化,继续流通时,配管有闭塞的可能性。此时,结合分解反应器与吸附筒之配管加温至蒸气压以上的温度,含碘气体不成为升华压以下的温度可防止阻塞。 又,高温部份气化之碘,于吸着剂入口冷却固化而闭塞,气体有不流通之可能性。因此,填充吸着剂之容器加热至碘不固化之温度可防止因碘固化而闭塞。又,如上述低温有利于吸附,降低至碘之蒸气压力以下之温度时,为防固化于吸着剂入口,于降低温度之入口部份堆积粗目之金属网等,于该部份固着升华压以上之碘,吸着剂仅流通升华压之碘之部份,吸着剂流通饱和蒸气压以上之碘,可防止于吸着剂入口之固化。此金属网之容积,依分解生成之碘量或吸附温度决定必要量,过多时吸着量少容易爆满,过少时引起碘的阻塞,吸着剂容积以1/100~1/2为理想,更理想为1/10~1/4。又,填充之金属网过细时由于碘之固着因而阻塞不理想,因此,使用之金属网之粗细以空间率为80%以上者为理想,90%以上者更为理想。此空间率系显示一定体积中网固着以外之部份为何种程度,无固着网者为100%,被网全埋者为0%。 此处,碘闭塞时,由于无气体流通必要监示是否因碘而闭塞,监示之方法,系考虑于可能闭塞部份之前方设置压力计,确认无因闭塞而压力上升之方法,或出入口设置流量计确认是否保持为同流量。 对吸着剂流通速度过大时,有容易爆满或压损过大之问题。又,过小时而需要大型之吸附筒,依设置面积或操作面较不理想。因此流通速度以0.1~20Nm/分为理想,1~10Nm/分更为理想。 本发明所使用之碘吸着剂,如上述,可使用市售之吸着剂。例如,可适当的使用椰子壳活性碳(日本味之素FINETECHNO制)、MOLECULAR SIEVE 13 X(日本UNION昭和制)等。吸着剂可由制造商所购得者直接填充吸附筒使用。例如以150~300℃于惰性气体流通下进行干燥处理,可如同新品一样使用。 吸着剂之形状无特别的限制,圆柱状、球状等之任一形状亦可吸附去除。又,吸着剂之大小,粒径过大时与碘吸附扩散相关之表面积相对的变小,扩散速度变慢。反之粒径过小时吸附扩散相关之表面积变大扩散速度变快,处理之气体量变多及压差亦变大,有碍于吸附容器之精致化。因此,吸着剂之粒径为0.5~10mm范围,以1~5mm范围为特别理想。 本发明所使用之分解反应剂系含有氧化铝与碱土金属化合物,分解分子内含有碘原子之氟化合物,生成之氯、氟、及/或硫黄固定为碱土金属盐。 所使用之氧化铝,无特别限制,选择杂质少的适当启始原料非常重要,本发明作为氧铝之原料,例如可使用活性铝或拟勃姆石氧化铝,以使用拟勃姆石氧化铝为特别理想。 又,氧化铝含杂质碱金属含量0.1质量%以下者为理想,0.01重量%以下者更为理想,0.001质量%以下者特别理想。 碱土金属化合物,例如可使用碱土金属之碳酸盐、氢氧化物或氧化物。以使用镁、钙、锶、或钡之碳酸盐为理想。钙之碳酸盐特别理想。碱土金属化合物亦与氧化铝同样,含杂质碱金属含量0.1质量%以下者为理想,0.01重量%以下者更为理想,0.001质量%以下者特别理想。 又,本发明使用之反应剂,更至少可含1种铜、锡、镍、钴、铬、钼、钨及钒之氧化物。相关之氧化物可枚举如氧化铜(CuO)、氧化锡(SnO2)、氧化镍(NiO)、氧化钴(CoO)、氧化铬(Cr2O3)、氧化钼(MoO3)、氧化钨(WO2)、氧化钒(V2O5)等。其中以以使用氧化铜、氧化锡理想。例如反应剂中使用氧化铜或氧化锡时,由于与氧化铝及碱土金属化合物共存,依氟化合物之种类分解生成之一氧化碳于低氧分压下可氧化为二氧化碳。此等之金属氧化物亦与上述各原料同样,含杂质碱金属含量0.1质量%以下者为理想,0.01重量%以下者更为理想,0.001质量%以下者特别理想。 有关本发所使用之反应剂,反应剂添加之氧化铝与碱土金属化合物之含量比例,以质量比为1:9~1:1为佳,更理想为1:4~2:3。由于反应剂中氧化铝与碱土金属化合物共存氟化合物可有效率的分解,其含量因分解反应之进行而变动,至少于分解反应之初期,反应剂以全体质量为1时其质量比以含0.1以上为理想,此比低于0.1时氟化合物之分解不能充分进行。但是,氧化铝之含量大于0.5质量比时,与此相伴之碱土金属含量低反应剂之有效利用变低。 又,金属氧化物之含量比例与氧化铝与碱土金属化合物总量之质量比以1:99~5:95为理想。此比较过小时效果不充分过大时效果饱和,又氧化铝与碱土金属化合物之总量相对的降低,不能有效的分解氟化合物。 上述氧化铝与碱土金属化合物,更与1种或2种以上铜、锡、镍、钴、铬、钼、钨及钒之氧化物配合之反应剂造粒时,依水、或原料之粒径可与水同时添加黏合剂。黏合剂对原料无影响者无特别限制,以配合原料之总质量为1时可添加之质量比之量为0.03~0.05。理想以使用微粉氧化铝为佳,由添加微粒氧化铝各原料之分散性可提高,解决碱土金属化合物之难造粒性。作为此黏合剂之氧化铝之粒径以0.1μm以下者为佳,含杂质碱金属含量0.1质量%以下者为理想,0.01重量%以下者更为理想。但是,在不影响所得之分解反应剂之性能之黏合剂者其种类或量无特别限制。 如上述,反应剂之各配合原料,添加含作为黏合剂之氧化铝,任一者碱金属之总含量以0.1质量%为佳,更且反应剂中之碱金属之总含量以0.1质量%以下为佳。反应剂中碱金属之总含量超过0.1质量%时由氧化铝表面之活性点减少,特别是对CF4、C2F6等之PFC分解率会下降。 本发明所使用之粒状反应剂制造时,各原料配合后,加入适量水之混练物造粒成为粒状物。其次,粒状物以100~200℃之氮气等惰性气体或空气中干燥蒸发水分。作成粒状物之理由系提高反应剂之分解活性,及防止填充至反应容器及作业时之破碎或粉化而提高其硬度。因此,粒状物以烧结者更佳,即上述造粒干燥物于氮气之性气体或空气中,以400~700℃范围,理想为500~700℃范围烧结为佳。400℃以上系为蒸发造粒步骤所添加之水分提高分解活性,及为提高其硬度。又,高于700℃之温度,由于碱土金属化合物分解(例如CaCO3→CaO+CO2),反应剂之分解率(活性)有下降的情形。即,反应剂之活性不下降之700℃以下将氧化铝(拟勃姆石)之结合水完全脱水为重要,烧结后含于反应剂之水分含量,于惰性气体或空气环境中以500℃加热时之水分发佈量以1质量%以下者为佳。又,烧结所使用之设备,可使用旋转窑炉,亦可用固定式炉进行。 如上所述,本发明所使用之氟化合物分解反应剂系含有必要成分之氧化铝及碱土金属化合物。又,反应剂为于氧分压下氧化由氟化合物生成之一氧化碳,更可添加CuO、SnO2、NiO、CoO、Cr2O3、MoO3、WO2、V2O5等之金属氧化物。此反应剂为提高与供给分解之氟化合物之接触机会,以粒状为佳,粒径过大时与碘吸附扩散相关之表面积相对的变小,扩散速度变慢。反之粒径过小时吸附扩散相关之表面积变大扩散速度变快,处理之气体量变多及压差亦变大,有碍于吸附容器之精致化。因此,吸着剂之粒径为0.5~10mm范围,以1~5mm范围为特别理想。 其次,说明本发明氟化合物之分解及无害化之方法。即,以上述方法制造之分解剂,于适当的温度接触分解含碘原子氟化合物,生成之氯、氟及/或硫黄成为碱土金属之氯化物、氟化物固定于反应剂。又,碱土金属化合物,例如使用碳酸盐时,氟化合物来源之碳元素,由碳酸盐分解之氧元素氧化,放出大部份为CO2或CO。此处,由分解生成不能固定之碘由接触吸着剂而去除。此时之反应温度依被处理气体中所含之化合物而异。 此处,分子内含碘原子化合物之CF3I单纯热分解于500~600℃分解,使用上述分解反应剂时于200~300℃分解。但是,如半导体制造进程之蚀刻或洗净之出气体等,使用或含有多种类之PFC或HFC(氢氟烃)时,其副产气体亦必需为无害化。副产气体,例如PFC化合物系分类为氟化合物中难分解性之化合物,其中亦以CF4、C2F6具为最难分解性,单一热分解之分解必要1200~1400℃之温度,使用上述之反应剂可于500℃以上之温度分解。依此化合物之种类,其分解温度幅度确为大范围,因此必要依化合物之种类设置反应器之最适当温度。 又,依此化合物之种类或构造反应温度相异,反应温度以500℃以上为佳。此处,依化合物种类处理气体有含CO之情形,被处理气体因与氧共存,CO亦容易氧化为CO2,可完全无害化。 又,被处理气体中之氟化合物之浓度无特别的限制,过低时不利于经济。又过高时,依种类而异,由其生成热反应温度上升。因此,反应器之温度难于控制或为防止分解生成物之碘闭塞管,以0.01~10vol%之范围为理想。更理想范围为0.1~5vol%,特别理想范围为0.1~3vol%,以惰性气体或含氧气体(亦含空气)稀释为佳,分解生成热可强制散热,可控制者,此浓度不用限制。 如此,考虑供给解之被处理气体中之氟化合物之种类及浓度,被处理气体中之氧浓度、SV(空塔速度)、LV(线速度)及其他气体之混合状态,各自设置理想之条件为佳。 此分解处理,填充上述反应剂之反应器与设置通至反应器内之被处理气体导入口,及设置由反应器内排出反应后气体之气体排出口,及此反应容器收容炉,及为提高此炉内之环境指定温度之热源所成之分解设备,上述之被处理气体导入口及氟化合物气体源可由配管进行连接。 图1为显示本发明方法实施例设备之一例。预先,一边由氮气供给线2或空气或氧气供给线3流通一定量作为载气之气体,一边于反应器7填充之反应剂10,由设置于反应器7之温度应器12及温度控制器9,以电热器8上升至指定温度,控制于定温。 控制于指定温度后,被处理气体由分子内含碘原子氟化合物气体之供给线1及氮气供给线2或空气或氧气供给线3,经由各阀导至混合器5,又,因应必要之气体经由其他气体供给线4导入混合器5。其次,混合后之被处理气体由气体导入管导至反应器7。被导至反应器7之气体与上升至指定温度之反应剂接触而分解。分解后之被处理气体(排气),通过由配管加热器13保温之配管导入吸附筒15。吸附筒15其部设置碘固着层16,其下流填充填充剂17。又,由设置气体抽样用之反应器入口气体分析用6,反应器出口气体及吸附筒入口分析用14,吸附筒出口分析用18之抽样部可进行各气体之成分分析。 如此,被处理气体中之氟化合物约略完全被分解,由反应器排出之碘亦由吸附去除。分解之氟化合物中之氟等之卤素及碳成分与反应剂中之碱土金属化合物反应,例如氟成分被固定于反应剂成为安定之CaF2之碱土金属氟化物,碳素大部份成为CO2与氮气等之稀释气体同时排气,碘被固定于吸着剂。因此,处理后之气体,实质上不含氟成分,或碘及一氧化碳等之有害物,成为无害气体。 填充之反应剂之分解能完了时分解反应即终了,此反应之终点可由开始检出氟化合物时知悉。检出氟化合物,反应剂无分解能力时,停止设备之驱动,填充新反应剂再开始分解反应之批次方式,及于同一设备依顺序或交换预先填充反应剂之预备反应器,进行氟化合物之分解。 又,吸着剂之爆满可由吸着剂出口之碘浓度监示而知。爆满时,交换预先填充吸着剂之预备碘吸附筒,再进行吸附。 为连续化此批次式,并设复数之同样反应器及吸附容器,一方之反应器及吸附容器在驱动时,另一方之反应器替换反应剂及替换吸附容器之吸着剂,或进行更换预先填充反应剂之预备反应器及预先填充吸着剂之预备碘吸附筒,一方之反应器及吸附容器停止时,切换为他方之气体通路,可采用所谓复塔切换方式。
    • 8. 发明专利
    • 排氣處理方法及裝置
    • 排气处理方法及设备
    • TW308637B
    • 1997-06-21
    • TW085110955
    • 1996-09-07
    • 日立造船股份有限公司
    • 小祽博一太田完志村川忠夫長井健一前田信廣草野康弘濱利雄
    • F23GB01D
    • B01D53/508B01D53/685B01D2251/40
    • 在垃圾焚化爐之排氣導管4之排氣中吹進鹼性粉末,在藉由袋濾器7捕集鹼形粉末與排氣中之氯化氫氣或二氧化硫反應所生成的固形化合物時,在調溫塔3與袋濾器7之間的排氣導管4,於鹼性粉末之欲進位置之上游側近旁或下游側近旁之排氣中,從蒸氣噴嘴6a藉吹進高壓蒸氣,因減壓效果及與鹼性粉末氣送空氣之接觸生成微細水滴,對此有酸性氣體反應而與鹼性粉末施以固液反應以提高反應效率,又分散鹼性粉末以促進固氣反應。由此,促進脫,脫硫效果,俾減少鹼性粉末之使用量,可減低飛灰之捕集量。
    • 在垃圾焚化炉之排气导管4之排气中吹进碱性粉末,在借由袋滤器7捕集碱形粉末与排气中之氯化氢气或二氧化硫反应所生成的固形化合物时,在调温塔3与袋滤器7之间的排气导管4,于碱性粉末之欲进制置之上游侧近旁或下游侧近旁之排气中,从蒸气喷嘴6a藉吹进高压蒸气,因减压效果及与碱性粉末气送空气之接触生成微细水滴,对此有酸性气体反应而与碱性粉末施以固液反应以提高反应效率,又分散碱性粉末以促进固气反应。由此,促进脱,脱硫效果,俾减少碱性粉末之使用量,可减低飞灰之捕集量。