(57)【要約】【課題】  乾式排ガス処理装置を用いて排ガスに含まれている酸成分と塩素ガスを同時に効率よく除去する。【解決手段】  排ガスに含まれる無機酸からなる酸成分と塩素ガスをアニオン交換繊維で除去する排ガス処理方法において、排ガス処理中にアニオン交換繊維を水酸化ナトリウム溶液で湿潤状態に維持することにより、酸成分がアニオン交換繊維とイオン交換して除去され、塩素ガスが水酸化ナトリウムと反応して塩として除去される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスに含まれる酸成分と塩素ガスをアニオン交換体で除去する排ガス処理方法において、アニオン交換体を水酸化ナトリウム溶液による湿潤状態に維持しながら酸成分と塩素ガスを除去することを特徴とする排ガス処理方法。
【請求項２】
請求項１において、前記アニオン交換体がアニオン交換繊維であることを特徴とする排ガス処理方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記アニオン交換体を再生するために使用される再生用水酸化ナトリウム溶液を前記アニオン交換体に連続もしくは間歇的に供給することにより、アニオン交換体を湿潤状態に維持して酸成分と塩素ガスを除去することを特徴とする排ガス処理方法。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかにおいて、前記アニオン交換体を収容した交換部を複数段設け、各交換部に排ガスを順次通過させることを特徴とする排ガス処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は塩酸，硝酸等の酸成分と塩素ガスをアニオン交換体で除去する排ガス処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造における洗浄工程や種々の実験設備における分析工程等では、反応物質または試薬物質として塩酸、硝酸、硫酸等の無機酸が使用される。これら無機酸の一部は処理工程中に蒸発し、排ガス中にミストもしくは微細な液滴として同伴して外部に排出する。また塩酸と硝酸、塩酸と過酸化水素等が共存する化学反応設備では、それらの設備から排出する排ガスに副生物として生成する塩素ガスが含まれることも多い。
【０００３】
例えば、塩酸（ＨＣＬ）と硝酸（ＨＮＯ3 ）からは、３ＨＣｌ＋ＨＮＯ3 ＝ＮＯＣｌ＋Ｃｌ2 ＋２Ｈ2 ＯによりＣｌ2 （塩素ガス）が生成し、塩酸と過酸化水素（Ｈ2 Ｏ2 ）からは、２ＨＣｌ＋Ｈ2 Ｏ2 ＝Ｃｌ2 ＋２Ｈ2 Ｏにより同様に塩素ガスが生成する。
通常、これら無機酸または無機酸と塩素ガスはミストもしくは微細な液滴状態で排ガスに数ｐｐｍ〜十数ｐｐｍ程度の含まれることが多いが、外部にそのまま放出すると環境上好ましくないので、従来から排ガス処理装置でこれら無機酸や塩素ガスを除去してから放出している。
【０００４】
一般的な排ガス処理装置として湿式排ガス処理装置（湿式ガススクライバ）と乾式排ガス処理装置（乾式ガススクライバ）がある。前者の湿式排ガス処理装置は、処理槽の上方から水酸化ナトリウム溶液等の処理液を連続的に散布し、処理槽の下部から導入した排ガスを処理液と向流接触させて上部から排出するようになっている。排ガスに含まれている無機酸および塩素ガスは水酸化ナトリウムと反応し、塩として処理液中に移行して処理槽の底部に分離される。
【０００５】
後者の乾式排ガス処理装置は、処理槽の内部にアニオン交換体を収容した交換部を設け、処理槽の下部から導入した排ガスをアニオン交換体を通過させて上部から排出するようになっており、排ガスに含まれている無機酸はイオン交換により化学的にアニオン交換樹脂に吸着（イオン結合）されて分離する。
【０００６】
処理運転を継続するとアニオン交換体の交換能力が低下してくるので、定期的に処理運転を停止し、アニオン交換体の上方から再生液として水酸化ナトリウム溶液を散布し、イオン結合した被吸着物質を再生液とのイオン交換により取り除く。そして再生処理により初期状態に戻ったアニオン交換体を用いて排ガス処理の運転を再開する。なお排ガス処理の運転を開始すると、再生時にアニオン交換体に付着した水酸化ナトリウム溶液は排ガスにより短時間のうちに蒸発する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし湿式による排ガス処理方法は、無機酸からなる酸成分と塩素ガスの両方を同時に除去できるが、処理液として水酸化ナトリウム溶液を大量に使用する必要があり、装置も大型化するという問題がある。また水酸化ナトリウム溶液が処理中に飛沫状に周囲に拡散して環境を汚染するという問題がある。さらにその飛沫の一部が装置内部に付着して蒸発し、随所に大量の水酸化ナトリウムの固形分が析出するという問題があり、メンテナンスが面倒でありランニングコストも高くなる。
【０００８】
一方、乾式の排ガス処理方法は大量の水酸化ナトリウムを処理液として使用することがなく、前記した湿式のような諸問題は起こらない。しかし排ガスに酸成分と塩素ガスの両方が含まれている場合においては、酸成分は効率よくアニオン交換体で除去できるが、塩素ガスの除去効率が極めて低いという問題がある。そこで本発明は、乾式排ガス処理方法におけるこのような問題を解決することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決する本発明は、排ガスに含まれる酸成分と塩素ガスをアニオン交換体で除去する排ガス処理方法である。そして本方法は、アニオン交換体を水酸化ナトリウム溶液による湿潤状態に維持しながら酸成分と塩素ガスを除去することを特徴とする（請求項１）。
【００１０】
上記排ガス処理方法において、前記アニオン交換体としてアニオン交換繊維を用いることができる（請求項２）。
【００１１】
上記いずれかの排ガス処理方法において、前記アニオン交換体を再生するために使用される再生用水酸化ナトリウム溶液を前記アニオン交換体に連続もしくは間歇的に供給することにより、アニオン交換体を湿潤状態に維持して酸成分と塩素ガスを除去することができる（請求項３）。
【００１２】
さらに上記いずれかの排ガス処理方法において、前記アニオン交換体を収容した交換部を複数段設け、各交換部に排ガスを順次通過させることができる（請求項４）。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の排ガス処理方法によれば、排ガスに含まれている酸成分はアニオン交換体とのイオン交換により効率よく除去され、塩素ガスはアニオン交換体に湿潤した水酸化ナトリウムと反応し、２ＮａＯＨ＋Ｃｌ2 ＝ＮａＣｌＯ＋ＮａＣｌ＋Ｈ2 Ｏ、２ＮａＣｌＯ＝２ＮａＣｌ＋Ｈ2 Ｏの反応式により塩として効率よく除去される。したがって本発明の排ガス処理方法は、乾式処理の優れた点を生かしつつ排ガスに含まれている酸成分と塩素ガスを同時に効率よく除去することができる。
【００１４】
上記排ガス処理方法において、請求項２に記載のように、アニオン交換体としてアニオン交換繊維を用いることにより、その繊維の間隙に所望量の水酸化ナトリウムを容易に且つ効率よく収容させることができ、水酸化ナトリウムによる湿潤状態を安定化できる。
【００１５】
上記いずれかの排ガス処理方法において、請求項３に記載のように、処理の運転中に前記アニオン交換体に水酸化ナトリウム溶液を連続もしくは間歇的に供給しながら酸成分と塩素ガスを除去することにより、アニオン交換体を水酸化ナトリウムで常に安定に湿潤させた状態で排ガスを処理することができる。またアニオン交換体の再生用水酸化ナトリウム溶液を湿潤用の水酸化ナトリウム溶液として利用することにより、水酸化ナトリウムの使用量を一層抑制でき、さらに装置構成が簡単化し、ランニングコストも抑制できる。
【００１６】
さらに上記いずれかの排ガス処理方法において、請求項４に記載のように、前記アニオン交換体を収容した交換部を複数段設け、各交換部に排ガスを順次通過させることにより、排ガスに含まれている酸成分と塩素ガスをより確実に除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に本発明を実施するための最良の形態を説明する。図１は本発明の排ガス処理方法を実施するために用いられる排ガス処理装置およびその周辺機器のプロセスフロー図である。排ガス処理装置は処理槽１と、処理槽１の内部に設けた２段の交換部２と、各交換部２の上部に配置した散布ノズル部３と、処理槽１の下部に設けた液回収部４と、液回収部４と最下段の交換部２の間に開口する排ガスの供給部５と、処理槽１の上部に設けた処理ガスの排出部６を備えている。なお交換部２および散布ノズル部３は１段であってもよく、また３段以上設けることもできる。
【００１８】
液回収部４にはポンプ７を設けた配管８が接続され、配管８の先端は例えば濃度３〜５％程度の水酸化ナトリウム溶液９を貯留する補給槽１０に連通する。排ガスの供給部５には、酸成分と塩素ガスを含む排ガスを排出する処理設備（例えば無機酸の反応設備）１１と連通する配管（またはダクト）１２が接続される。さらに処理ガスの排出部６には、排出ブロワ１３を設けた配管（またはダクト）１４が接続される。
【００１９】
液回収部４にはフィルタ１５ａを介して配管１５が連通し、その配管１５にポンプ１６が設けられる。ポンプ１６の出口側の配管１５は２つの分岐管１７に分かれ、各分岐管１７の先端は前記散布ノズル部３に連通する。そして各分岐管１７に調整弁１８と流量検出器１９がそれぞれ設けられ、それらは制御装置２０に接続される。
【００２０】
各交換部２は格子体もしくは網体で形成した気体流通性の収容体と、その収容体の内部に収容したアニオン交換繊維を有する。アニオン交換繊維は木綿や羊毛等の天然繊維、ポリエチレンやポリアミド等の合成繊維等の長繊維もしくは短繊維で形成した織布、不織布、編物、フェルト、またはそれらの成型品にアニオン交換基、例えば第１〜第３級アミン基または第４級アンモニウム基を有するOH型の強塩基性アニオン交換基を付着して構成される。
【００２１】
アニオン交換体は棚段等に収容したアニオン交換樹脂であってもよいが、アニオン交換繊維は三次元的な多数の間隙にアニオン交換基を付着させることができ、交換面積を著しく増加できるので好ましい。さらにアニオン交換繊維は多数の間隙を利用して水酸化ナトリウム溶液を容易に且つ安定して存在（保持）させることができるので好ましい。
【００２２】
制御装置２０は例えばコンピュータ装置により構成され、予めその記憶部に格納した制御プログラムに従って２つの調整弁１８を連続的に制御（連続的な開度制御）し、または２つの調整弁１８を間歇的に制御（周期的な開閉制御）し、それによって各交換部２に収容されたアニオン交換繊維を水酸化ナトリウムで所定の湿潤度に維持する。湿潤度は塩素ガスを効率的に除去できる範囲に設定するが、実験によれば飽和状態に湿潤することにより安定して塩素ガスを除去できることが分かった。なお制御装置２０には上記自動制御から手動に切り換える切換手段（図示せず）が設けられる。
【００２３】
各アニオン交換繊維に所定の湿潤度を与えるように自動制御する場合は、運転開始時には各アニオン交換繊維が所望の湿潤度になるために必要な水酸化ナトリウム溶液の初期量を供給するように制御装置２０から調整弁１８に制御信号を出力し、運転開始後は実験等によって予め決められた補給量を維持できるように、制御装置２０から調整弁１８に制御信号を出力する。なお初期量や補給量の確認は流量検出器１９からの検出値により行う。    
【００２４】
次に上記排ガス処理装置により酸成分と塩素ガスを含む排ガスを処理する方法について説明する。運転に先立ってポンプ７を起動し、補給槽１０から水酸化ナトリウム溶液９を液回収部４に補給する。次にポンプ１６を起動して液回収部４の水酸化ナトリウム溶液を２つの分岐管１７に供給する。その際、液回収部４の水酸化ナトリウム溶液に混入したナトリウム塩のような固形分はフィルタ15ａで濾過される。さらに制御装置２０を起動して２つの調整弁１８を前記のように自動制御し、各散布ノズル部３から水酸化ナトリウム溶液を散布して、各交換部２に収容したアニオン交換繊維を水酸化ナトリウム溶液で所定の湿潤状態に維持する。
【００２５】
次に排出ブロワ１３を起動し、その吸引力により処理設備１１より排出される酸成分と塩素ガスを含む排ガスを供給部５から処理槽１に導入する。処理槽１に導入した排ガスは２段の交換部２を通過する間に、含まれている塩酸、硝酸等の無機酸からなる酸成分がアニオン交換繊維にイオン交換により吸着して除去され、塩素ガスがアニオン交換繊維を湿潤している水酸化ナトリウム溶液中の水酸化ナトリウムと反応し、塩として分離除去される。
【００２６】
前記のように例えば塩酸と硝酸が共存する場合は、処理設備１１から処理槽１に供給する配管12の内部、または処理槽１の内部であっても、それら無機酸が反応して新たな塩素ガスが生成することもある。しかしそのように生成した塩素ガスも上記と同様に水酸化ナトリウムとの反応により除去される。なお処理設備１１と処理槽１を接続する配管１２の長さをできるだけ短くすると、配管１２の内部での塩素ガスの生成量を抑制できるので好ましい。
【００２７】
排ガス処理装置を長時間運転すると、アニオン交換繊維のイオン交換能力が低下するので、所定のレベルまでイオン交換能力が低下した時点でアニオン交換繊維の再生を行う。それには先ず排気ブロワ１３を停止して排ガス処理を中断し、次いで制御装置２０を手動に切り換えて各調整弁１８を開ける。この操作により各散布ノズル部３から比較的大量の水酸化ナトリウム溶液が再生液としてアニオン交換繊維に散布され、イオン結合した被吸着物質が再生液とのイオン交換により塩として除去され、再生に使用した水酸化ナトリウム溶液と分離した塩成分が液回収部４に回収される。
【００２８】
本実施形態では水酸化ナトリウム溶液によるアニオン交換繊維の湿潤と再生を共通の水酸化ナトリウム溶液供給系（具体的には液回収部４、ポンプ１６、散布ノズル３の系統）で行っている。すなわち再生用水酸化ナトリウム溶液でアニオン交換繊維を湿潤しているが、このようにすると、水酸化ナトリウムの使用量を一層抑制できると共に装置構成が簡単化し、メンテナンスする範囲も少なくなるので、ランニングコストが抑制されるという利点がある。しかし場合によっては、アニオン交換繊維の湿潤と再生の系統を別系統とすることもできる。
【００２９】
上記のようにしてアニオン交換繊維の再生操作が終了したら、排出ブロワ１３を起動して排ガス処理を再開する。その際、アニオン交換繊維は再生時に水酸化ナトリウム溶液で十分に湿潤されているので、初期操作は必要なく、排ガス処理の運転中において適正な湿潤度を維持するように調整弁１８を自動もしくは手動で調整すればよい。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の排ガス処理方法は、排ガスに含まれている無機酸からなる酸成分と塩素ガスを効率よく除去するために利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の排ガス処理方法を実施するために用いられる排ガス処理装置およびその周辺機器のプロセスフロー図。
【符号の説明】
【００３２】
１  処理槽
２  交換部
３  散布ノズル部
４  液回収部
５  供給部
６  排出部
７  ポンプ
８  配管
９  水酸化ナトリウム溶液
１０  補給槽
【００３３】
１１  処理設備
１２  配管
１３  排出ブロワ
１４，１５  配管
１５ａ  フィルタ
１６  ポンプ
１７  分岐管
１８  調整弁
１９  流量検出器
２０  制御装置
【図１】
2006021071.tif 000003