(57)【要約】【課題】クロロシラン類廃ガス用の吸収剤、該吸収剤の希釈用水、ならびに、廃水中和剤の使用量を低減する技術の提供。【解決手段】複数のスクラバ１０ａ〜ｃの隣接するスクラバ同士が薬液槽内の処理液面の高低差により所定のオーバーフロー量で上流側のスクラバから下流側のスクラバへと処理液が流れるように廃水流路を形成している。スクラバのそれぞれには、クロロシラン類の廃ガス導入部１２、薬液槽内の処理液の水素イオン濃度指数を管理するためのｐＨ計１３、および、薬液槽内の処理液のｐＨ値を１１以上とするためのクロロシラン類廃ガスの吸収剤供給部１４が設けられている。一方、最上流のスクラバの薬液槽内の吸収剤の濃度を調整するとともに処理液のオーバーフローを形成させるための希釈液の供給部は、最上流のスクラバ１０ａのみに設けられている。最上流のスクラバ１０ａに供給された吸収剤等は、下流側のスクラバ１０ｂ，ｃでも利用できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に配置された複数のスクラバを備え、
前記複数のスクラバのそれぞれには、クロロシラン類の廃ガス導入部、薬液槽内の処理液の水素イオン濃度指数を管理するためのｐＨ計、および、前記薬液槽内の処理液のｐＨ値を１１以上とするためのクロロシラン類廃ガスの吸収剤供給部が設けられており、
前記複数のスクラバは、隣接するスクラバ同士が薬液槽内の処理液面の高低差により所定のオーバーフロー量で上流側のスクラバから下流側のスクラバへと処理液が流れる廃水流路で結ばれており、
最上流のスクラバの薬液槽内の吸収剤の濃度を調整するとともに前記処理液のオーバーフローを形成させるための希釈液供給部が最上流のスクラバのみに設けられ、
中和槽への処理液の排出部が最下流のスクラバのみに設けられている、
ことを特徴とするクロロシラン類の廃ガス処理システム。
【請求項２】
前記複数のスクラバの最上流のスクラバのみに、薬液槽内の処理液の温度制御のための冷却装置が設けられている、請求項１に記載のクロロシラン類の廃ガス処理システム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムを用いたクロロシラン類の廃ガス処理方法であって、
前記隣接するスクラバの薬液槽内の処理液の水素イオン濃度指数を、上流側で高く下流側で低く設定する、クロロシラン類の廃ガス処理方法。
【請求項４】
上流側のスクラバで、水素化クロロシラン濃度が相対的に高いクロロシラン類の廃ガスを処理する、請求項３に記載のクロロシラン類の廃ガス処理方法。
【請求項５】
上流側のスクラバで、クロロシラン濃度が相対的に高いクロロシラン類の廃ガスを処理する、請求項３に記載のクロロシラン類の廃ガス処理方法。
【請求項６】
前記上流側のスクラバから下流側のスクラバへの処理液のオーバーフロー量を、２〜４ｍ3／時とする、請求項３に記載のクロロシラン類の廃ガス処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クロロシラン類の廃ガス処理技術に関し、特に、配管の閉塞等を防止しつつ、クロロシラン類廃ガス用の吸収剤、該吸収剤の希釈用水、ならびに、廃水中和剤の使用量を低減する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
多結晶シリコンの製造工程で発生するクロロシランガスを含む廃ガスは、無害化した後に大気放出されるが、このためには、廃ガス中に含まれるクロロシラン類ガスや塩酸を薬液（処理液）に吸収させて除去する必要がある。この処理工程において、クロロシラン類の加水分解により生じた反応生成物は縮合を起こし、固形物を形成し、配管等の閉塞を起こす危険性がある。このため、一般には、廃ガス処理液の水素イオン濃度指数を調整するべく苛性ソーダ等の中和剤を用いて処理液のｐＨを１１以上とすることで、廃ガス装置系内での反応生成物(ゲル)による閉塞堆積を防止している。
【０００３】
クロロシランガスを含む廃ガスの処理方法は、従来より改良検討がなされてきており、例えば、特開２００２−１３４４１９号公報（特許文献１）では、排気ガス配管や排気ガス処理装置内の壁面への固体状物質の堆積を抑制するべく、排気ガス導入管内における排気ガスの速度を排気ガス配管内における速度よりも高めることが提案されている。
【０００４】
また、特開平９−１８６０９３号公報（特許文献２）では、エピ製造工程での排気ガスを処理するスクラバ装置の薬液交換と反応生成堆積物の除去作業におけるメンテナンスの負荷を軽減すべく、塩化物排気ガスと水との反応生成堆積物により配管通路を閉塞することを防止するための配管掻き出し手段を設けたスクラバ装置が提案されている。
【０００５】
さらに、特開平６−１７０１５３号公報（特許文献３）では、並列する多数個のそれぞれのスクラバの処理液を順次隣のスクラバ側に移行させる処理流路を形成し、この処理流路における最初のスクラバ側に、各スクラバに必要な脱硫剤の全量を供給して、最終のスクラバ側の処理液のｐＨを所定の値となるように調整することにより、排気経路での腐食の問題を軽減し、かつアルカリ試剤のロスの問題を回避する、経済的に有利な排ガスの処理方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１３４４１９号公報
【特許文献２】特開平９−１８６０９３号公報
【特許文献３】特開平６−１７０１５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来の廃ガス装置系では、複数のスクラバ毎に、苛性ソーダ等の吸収剤および該吸収剤の濃度調整のための希釈用水が供給される構造であるため、系全体で使用される吸収剤と希釈用水が大量となり、最終的に処理液を中和して廃水処理施設へと送るための中和槽に投入される塩酸水も大量となる。
【０００８】
また、特許文献３のような排ガス処理システムは、処理液の流路が複雑であるため、スクラバ槽内に未溶解のゲル状固形物の堆積があるような場合には好ましくない。
【０００９】
クロロシランガスを含む廃ガスを処理するためには、（ａ）廃ガスを水で処理した場合には多量の固形分が生成して配管等の閉塞を回避する必要があること、（ｂ）水素原子と直接結合するケイ素原子を多量に含む残渣が生成した場合には自然発火等の事故を起こす危険性があるため、水素原子とケイ素原子の結合は加水分解を行っておくことが好ましく、そのためには強アルカリ性条件（高いｐＨ値）が必要であること、（ｃ）ｐＨ値を高く維持した場合には加水分解による生成物の水溶性をある程度は維持することができるものの、長時間放置された場合には固形物が生成して配管等の閉塞を起こすことがあること、（ｄ）強アルカリ性の吸収剤を最終処分するためには中和を行った後に廃棄する必要があることが条件とされ、これらを前提として、処理液の流路を複雑なものとすることなく、系全体で使用されるクロロシラン類廃ガス用の吸収剤、該吸収剤の希釈用水、ならびに、廃水中和剤の使用量を低減させるための新規な手法が望まれる。
【００１０】
本発明は上述の課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、クロロシラン類の廃ガス処理プロセスでの配管の閉塞等を防止しつつ、クロロシラン類廃ガス用の吸収剤、該吸収剤の希釈用水、ならびに、廃水中和剤の使用量を低減する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明に係るクロロシラン類の廃ガス処理システムは、直列に配置された複数のスクラバを備え、前記複数のスクラバのそれぞれには、クロロシラン類の廃ガス導入部、薬液槽内の処理液の水素イオン濃度指数を管理するためのｐＨ計、および、前記薬液槽内の処理液のｐＨ値を１１以上とするためのクロロシラン類廃ガスの吸収剤供給部が設けられており、前記複数のスクラバは、隣接するスクラバ同士が薬液槽内の処理液面の高低差により所定のオーバーフロー量で上流側のスクラバから下流側のスクラバへと処理液が流れる廃水流路で結ばれており、最上流のスクラバの薬液槽内の吸収剤の濃度を調整するとともに前記処理液のオーバーフローを形成させるための希釈液供給部が最上流のスクラバのみに設けられ、中和槽への処理液の排出部が最下流のスクラバのみに設けられている、ことを特徴とする。
【００１２】
好ましい態様では、前記複数のスクラバの最上流のスクラバのみに、薬液槽内の処理液の温度制御のための冷却装置が設けられている。
【００１３】
本発明に係るクロロシラン類の廃ガス処理方法は、本発明に係るシステムを用いたクロロシラン類の廃ガス処理方法であって、前記隣接するスクラバの薬液槽内の処理液の水素イオン濃度指数を、上流側で高く下流側で低く設定する。
【００１４】
好ましくは、上流側のスクラバで、水素化クロロシラン濃度が相対的に高いクロロシラン類の廃ガスを処理する。
【００１５】
また、好ましくは、上流側のスクラバで、クロロシラン濃度が相対的に高いクロロシラン類の廃ガスを処理する。
【００１６】
前記上流側のスクラバから下流側のスクラバへの処理液のオーバーフロー量は、２〜４ｍ3／時とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るクロロシラン類の廃ガス処理システムは、隣接するスクラバ同士が薬液槽内の処理液面の高低差により所定のオーバーフロー量で上流側のスクラバから下流側のスクラバへと処理液が流れる廃水流路で結ばれる単純な構成を採用することで、配管の閉塞等を防止しつつ、クロロシラン類廃ガス用の吸収剤、該吸収剤の希釈用水、ならびに、廃水中和剤の使用量を低減する技術の提供を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係るクロロシラン類の廃ガス処理システムの概念図である。
【図２】従来の一般的なクロロシラン類の廃ガス処理システムの概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、図面を参照して、発明を実施するための形態について説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係るクロロシラン類の廃ガス処理システムの構成例を説明するための概念図である。
【００２１】
この図では、３台のスクラバ１０ａ〜ｃが直列に配置された態様のクロロシラン類の廃ガス処理システム１００が示されており、符号１１ａ〜ｃで示したものは、スクラバ１０ａ〜ｃそれぞれの循環水（処理液）を貯めておくスクラバ槽（薬液槽）である。
【００２２】
各スクラバには、クロロシラン類の廃ガス導入部１２ａ〜ｃおよび薬液槽内の処理液の水素イオン濃度指数を管理するためのｐＨ計１３ａ〜ｃ、さらに、クロロシラン類廃ガスの吸収剤供給部１４ａ〜１４ｃが設けられている。
【００２３】
なお、この図に示した例では、吸収剤供給部１４ａ〜１４ｃから供給される吸収剤は、薬液槽内の処理液のｐＨ値を調整するための中和剤を兼ねている。このため、各スクラバ毎に、クロロシランの製造プロセスで生じた各工程からの廃ガスの成分に応じて、加水分解と中和に必要なｐＨ値に設定することが可能とされている。この図に示した例では、クロロシランの製造プロセスを構成する３つの工程のから生じた廃ガスのそれぞれが、３台のスクラバ１０ａ〜ｃに導かれることになる。
【００２４】
処理対象となる廃ガスは、金属ケイ素と塩化水素からトリクロロシランを合成する工程、テトラクロロシランと水素からトリクロロシランを合成する工程、クロロシラン混合物よりトリクロロシランを蒸留精製する工程、トリクロロシランからポリシリコンを製造する工程、クロロシラン混合物を不均化によりトリクロロシランとする工程等から発生する。
【００２５】
廃ガスに含まれる吸収処理対象の成分としては、塩化水素、シラン、クロロシラン、ジクロロシラン、トリクロロシラン、テトラクロロシラン、メチルシラン、メチルクロロシラン、メチルジクロロシラン、メチルトリクロロシランや、リン含有化合物、ホウ素含有化合物がある。
【００２６】
本発明では、複数のスクラバ１０ａ〜ｃの、隣接するスクラバ同士が薬液槽内の処理液面の高低差により所定のオーバーフロー量（好適には、２〜４ｍ3／時）で上流側のスクラバから下流側のスクラバへと処理液が流れるように廃水流路を形成している。薬液槽内の処理液のｐＨ調整のための中和剤（ＮａＯＨ）は、各スクラバに設けられた吸収剤供給部１４ａ〜ｃからそれぞれのスクラバに供給されるが、最上流のスクラバ１０ａの薬液槽内の吸収剤の濃度を調整するとともに上述の処理液のオーバーフローを形成させるための希釈液供給部１５は、最上流のスクラバ１０ａのみに設けられている。
【００２７】
最下流のスクラバ１０ｃには、中和槽２０への処理液の排出部１８ｃが設けられており、最終的な廃液は、中和槽２０に設けられた中和剤投入口１９から供給される中和剤（ＨＣｌ）で無害化されて、排出経路２１を介して廃水処理施設（不図示）へと送られる。
【００２８】
また、この図に示した態様では、処理液中の吸収剤の濃度を調整するための希釈用水（希釈液）の供給部１５が、最上流のスクラバ１０ａのみに設けられている。また、スクラバ内部で発生する中和熱や希釈熱を除去する為の外部冷却器１７も、最上流のスクラバ１０ａの循環経路１６上にのみ設けられている。なお、上記「希釈用水」は水である必要はなく、例えばクロロシラン類廃ガスの吸収剤を含有する水溶液であってもよい。
【００２９】
図２は、従来の一般的なクロロシラン類の廃ガス処理システム２００の概念図で、本発明のシステムとは、（ａ）複数のスクラバ１０ａ〜ｃは独立に設けられており中和槽２０への処理液の排出部１８ａ〜ｃも各スクラバに設けられている点、（ｂ）処理液中の吸収剤の濃度を調整するための希釈用水の供給部１５ａ〜ｃも各スクラバに設けられている点、において相違している。
【００３０】
従って、本発明によれば、処理液中の吸収剤の濃度を調整するための希釈用水（工業用水）を最上流のスクラバ１０ａのみに供給し、これを下流側のスクラバ１０ｂ，ｃでも利用するため、工業用水の使用量が低減する。
【００３１】
また、同様に、クロロシラン類廃ガス用の吸収剤（ＮａＯＨ）の薬液槽への供給も最上流のスクラバ１０ａのみで行われ、これを下流側のスクラバ１０ｂ，ｃでも利用するため、吸収剤（ＮａＯＨ）の使用量も低減する。
【００３２】
さらに、システム全体で使用される希釈用水量が低減する結果、中和槽２０に供給する中和剤（ＨＣｌ）の量も低減する。
【００３３】
吸収剤は一般に２０〜５０％水酸化ナトリウム水溶液で、これを工業用水で希釈してｐＨが１１以上（好ましくは１２以上）のアルカリ性水溶液として用いられる。
【００３４】
なお、薬液槽内の処理液のｐＨ調整のための中和剤としてのＮａＯＨは各スクラバに供給されるが、中和剤としてのＮａＯＨ使用量は、吸収剤としてのＮａＯＨの使用量に比較して顕著に少ない。
【００３５】
本発明のクロロシラン類の廃ガス処理方法では、このようなクロロシラン類の廃ガス処理システムを用いて、隣接するスクラバの薬液槽内の処理液の水素イオン濃度指数を、上流側で高く下流側で低く設定する。
【００３６】
本発明のシステムは、上流側のスクラバで、水素化クロロシラン濃度が相対的に高いクロロシラン類の廃ガスを処理するのに適している。同様に、上流側のスクラバで、クロロシラン濃度が相対的に高いクロロシラン類の廃ガスを処理するのに適している。
【００３７】
以上説明したように、本発明においては、隣接するスクラバ同士が薬液槽内の処理液面の高低差により所定のオーバーフロー量で上流側のスクラバから下流側のスクラバへと処理液が流れる廃水流路で結ばれている。このため、薬液槽内に堆積したゲル状反応固形物は送液中に分散し、若しくは、循環ポンプによって解砕される。その結果、配管が閉塞する等の設備トラブルの発生が抑制され、廃ガス処理システムを安定して連続運転することが可能となる。
【００３８】
また、複数のスクラバのそれぞれに、薬液槽内の処理液の水素イオン濃度指数を１１以上とするｐＨ調整部が設けられているため、前段のスクラバから送液された処理液（廃液）のｐＨ値を、後段のスクラバで必要なｐＨ値に調整することが可能となる。
【００３９】
更に、本発明のシステムでは、薬液槽内の処理液面の高低差を利用した送液がなされるため、複数のスクラバが同一形式のものである必要がない。
【００４０】
このように、本発明によれば、クロロシラン類を含む排ガスの処理において、配管の閉塞等を防止しつつ、クロロシラン類廃ガス用の吸収剤、該吸収剤の希釈用水、ならびに、廃水中和剤の使用量を低減するための簡易な手法・システムが提供される。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、配管の閉塞等を防止しつつ、クロロシラン類廃ガス用の吸収剤、該吸収剤の希釈用水、ならびに、廃水中和剤の使用量を低減する技術を提供する。
【符号の説明】
【００４２】
１０  スクラバ
１１  スクラバ槽
１２  廃ガス導入部
１３  ｐＨ計
１４  吸収剤供給部
１５  希釈液供給部
１６  循環経路
１７  外部冷却器
１８  処理液排出部
１９  中和剤投入口
２０  中和槽
１００、２００  廃ガス処理システム
【図１】
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【図２】
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