(57)【要約】  プラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する方法及び装置に関する。対象ガスの変換が行われる変換領域にプラズマを生成させるステップと；１次イオン化エネルギーが１０ｅＶ以下の元素として、対象ガスの変換を促進させる変換促進元素を含有する変換促進剤を変換領域に供給するステップと；対象ガスの解離生成物と結合して、対象ガスへの再結合を抑制し、変換生成物に変換させる変換剤を変換領域に供給するステップと；対象ガス含有排出ガスを変換領域に供給するステップと；を含むプラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する方法、およびこれを実現する装置を提供する。本発明によれば、対象ガス含有排出ガスを処理するにあたり、対象ガスの変換率を高め、処理過程で必要とされるエネルギー消費量を減らすことができる。また、これにより、処理装置のメンテナンスコストを低減し、寿命を向上させることができ、大容量の処理装置をより容易に実現することが可能である。本発明は、有害物質の除去工程だけでなく、改質、ガス化、ＧＴＬ（Ｇａｓ  ｔｏ  Ｌｉｑｕｉｄ：ガス・ツー・リキッド）、重合などの有用な物質の合成工程にも適用することができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する方法であって、
対象ガスの変換が行われる変換領域にプラズマを生成させるステップと；
１次イオン化エネルギーが１０ｅＶ以下の元素として、対象ガスの変換を促進させる変換促進元素を含有する変換促進剤を変換領域に供給するステップと；
対象ガスの解離生成物と結合して、対象ガスへの再結合を抑制し、変換生成物に変換させる変換剤を変換領域に供給するステップと；
対象ガス含有排出ガスを変換領域に供給するステップと；を含む
ことを特徴とするプラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する方法。
【請求項２】
変換促進元素の過剰率は、１以下である
請求項１に記載のプラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する方法。
【請求項３】
変換剤の過剰率は、１以上である
請求項１に記載のプラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する方法。
【請求項４】
変換領域内における変換促進元素のモル分率は、０．１〜１０，０００ｐｐｍである
請求項１に記載のプラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する方法。
【請求項５】
変換領域内における変換促進元素のモル分率は、１〜１，０００ｐｐｍである
請求項１に記載のプラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する方法。
【請求項６】
変換促進元素は、アルカリ金属及びアルカリ土類金属からなる群から選択される少なくともいずれか一つである
請求項１に記載のプラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する方法。
【請求項７】
変換促進元素は、リチウム、ナトリウム、カリウム、及びセシウムのうちの少なくともいずれか一つである
請求項１に記載のプラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する方法。
【請求項８】
変換促進剤は、金属、化合物、合金、金属間化合物、及び鉱物からなる群から選択される少なくともいずれか一つである
請求項１に記載のプラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する方法。
【請求項９】
化合物は、水酸化物（Ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）、硝酸塩（Ｎｉｔｒａｔｅ）、亜硝酸塩（Ｎｉｔｒｉｔｅ）、炭酸塩（Ｃａｒｂｏｎａｔｅ）、炭酸水素塩（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ｃａｒｂｏｎａｔｅ）、過炭酸塩（Ｐｅｒｃａｒｂｏｎａｔｅ）、酢酸塩（Ａｃｅｔａｔｅ）、ギ酸塩（Ｆｏｒｍａｔｅ）、フッ化物（Ｆｌｕｏｒｉｄｅ）、塩化物（Ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、塩素酸塩（Ｃｈｌｏｒａｔｅ）、亜塩素酸塩（Ｃｈｌｏｒｉｔｅ）、次亜塩素酸塩（Ｈｙｐｏｃｈｌｏｒｉｔｅ）、臭化物（Ｂｒｏｍｉｄｅ）、水素化ホウ素（Ｂｏｒｏｈｙｄｒｉｄｅ）、リン酸塩（Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ）、亜リン酸塩（Ｐｈｏｓｐｈｉｔｅ）、 次亜リン酸塩（Ｈｙｐｏｐｈｏｓｐｈｉｔｅ）、フタル酸塩（Ｐｈｔｈａｌａｔｅ）、硫酸塩（Ｓｕｌｆａｔｅ）、硫化物（Ｓｕｌｆｉｄｅ）、亜ジチオン酸塩（Ｄｉｔｈｉｏｎｉｔｅ）、スルファミン酸塩（Ｓｕｌｆａｍａｔｅ）、シュウ酸塩（Ｏｘａｌａｔｅ）、酸化物（Ｏｘｉｄｅ）、イソプロポキシド（Ｉｓｏｐｒｏｐｏｘｉｄｅ）からなる群から選択される少なくともいずれか一つである
請求項８に記載のプラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する方法。
【請求項１０】
変換剤は、変換剤の構成元素として、水素、酸素、窒素、及び炭素のうちの少なくともいずれか一つを含む
請求項１に記載のプラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する方法。
【請求項１１】
変換剤は、水、水素、酸素、及び炭化水素からなる群から選択される少なくともいずれか一つである
請求項１に記載のプラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する方法。
【請求項１２】
変換促進剤を液相の変換剤に溶解させた溶液を供給原料として使用する
請求項１に記載のプラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する方法。
【請求項１３】
液相の変換剤は、水である
請求項１２に記載のプラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する方法。
【請求項１４】
対象ガス含有排出ガスを変換領域に供給する前に予熱するステップをさらに含む
請求項１に記載のプラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する方法。
【請求項１５】
変換領域を通過した後の物質に残っている廃熱を熱交換方式で回収して予熱に利用する
請求項１４に記載のプラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する方法。
【請求項１６】
対象ガスは、ハロゲン化物からなる群から選択される少なくともいずれか一つである
請求項１に記載のプラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する方法。
【請求項１７】
対象ガスは、パーフルオロ化合物（Ｐｅｒｆｌｕｏｒｏｃｏｍｐｏｕｎｄｓ、ＰＦＣ）、ハイドロフルオロカーボン（Ｈｙｄｒｏｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ、ＨＦＣ）、クロロフルオロカーボン（Ｃｈｌｏｒｏｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ、ＣＦＣ）、ハイドロクロロフルオロカーボン（Ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｏｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎｓ、ＨＣＦＣ）、ＳＦ６、およびＮＦ３からなる群から選択される少なくともいずれか一つである
請求項１に記載のプラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する方法。
【請求項１８】
対象ガスは、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＣＨＦ３、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、ＮＦ３、及びＳＦ６のうちの少なくともいずれか一つである
請求項１に記載のプラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する方法。
【請求項１９】
プラズマは、熱プラズマ、燃焼炎、非平衡プラズマ、加熱されたガス、またはそれらの混合物である
請求項１に記載のプラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する方法。
【請求項２０】
プラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する装置であって、
対象ガスの変換が行われる変換領域を含む本体と；
変換領域にプラズマを生成させるプラズマ生成手段と；
１次イオン化エネルギーが１０ｅＶ以下の元素として、対象ガスの変換を促進させる変換促進元素を含有する変換促進剤を変換領域に供給する変換促進剤供給手段と；
対象ガスの解離生成物と結合して、対象ガスへの再結合を抑制し、変換生成物に変換させる変換剤を変換領域に供給する変換剤供給手段と；
対象ガス含有排出ガスを変換領域に供給する対象ガス含有排出ガス供給手段と；を備える
ことを特徴とするプラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する装置。
【請求項２１】
変換領域内における変換促進元素のモル分率は、０．１〜１０，０００ｐｐｍである
請求項２０に記載のプラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する装置。
【請求項２２】
変換領域を通過した後の物質に残っている廃熱を回収し、これを利用して、対象ガス含有排出ガスを変換領域に供給する前に予熱するための熱交換器をさらに含む
請求項２０に記載のプラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する装置。
【請求項２３】
変換促進剤を液相の変換剤に溶解させた溶液を供給原料として使用する
請求項２０に記載のプラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する装置。
【請求項２４】
変換促進剤および変換剤のうちの少なくともいずれか一方を変換領域の熱により直接気化させる
請求項２０に記載のプラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する装置。
【請求項２５】
変換促進剤および変換剤のうちの少なくともいずれか一方を変換領域に供給する前に気化させる手段をさらに備える
請求項２０に記載のプラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する装置。
【請求項２６】
変換促進剤および変換剤のうちの少なくともいずれか一方を、プラズマ生成手段内の高温領域を通過させた後、変換領域に供給する
請求項２０に記載のプラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する装置。
【請求項２７】
気化または活性化を助けるために、変換促進剤および変換剤のうちの少なくともいずれか一方をエアロゾル化する手段をさらに備える
請求項２４ないし２６のいずれかに記載のプラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する装置。
【請求項２８】
エアロゾル化する手段は、アトマイザーである
請求項２７に記載のプラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する装置。
【請求項２９】
アトマイザーは、出口に傾斜面を有する隔離部を備える
請求項２８に記載のプラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する装置。
【請求項３０】
アトマイザーの外部は、冷却剤により冷却される
請求項２８に記載のプラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する装置。
【請求項３１】
変換促進剤を気化部に予め装入し、変換促進剤の温度とキャリアガスの流量によって変換領域への供給率を調節する
請求項２０に記載のプラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する装置。
【請求項３２】
プラズマ生成手段は、熱プラズマ生成手段、燃焼バーナー、非平衡プラズマ生成手段、及び電熱ヒーターからなる群から選択される少なくともいずれか一つである
請求項２０に記載のプラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する装置。
【請求項３３】
熱プラズマ生成手段は、直流熱プラズマトーチである
請求項３２に記載のプラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排出ガスに含まれている対象ガスの変換率を高め、このような過程で必要とされるエネルギー消費を減らす、プラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、種々の産業分野の製造工程から様々な有害ガスが排出されている。特に半導体、フラットパネルディスプレイ、発光ダイオード、太陽電池などの製造工程では、地球温暖化ガス、オゾン層破壊ガス、毒性ガス、爆発性ガス、可燃性ガスなどの人体や環境に有害なガスが大量に発生して排出されているので、このような有害なガスを他の物質に適切に変換させて処理することにより、排出量を低減する必要がある。変換対象となるガス（以下、対象ガス）の中で、特にＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８等のパーフルオロ化合物（Ｐｅｒｆｌｕｏｒｏｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）、ＳＦ６、ＮＦ３などは半導体、フラットパネルディスプレイなどの産業分野でエッチング、化学気相蒸着工程やこれらの工程に使用されたチャンバーの洗浄に広く使用されている代表的な地球温暖化ガスであり、中でもパーフルオロ化合物やＳＦ６などは、構成原子間の結合力が高いため、変換が困難である。現在、このような工程において、対象ガス含有排出ガスを処理するために、電熱ヒーター、燃焼、触媒、熱プラズマなどの方法が実用化されている。
【０００３】
電熱ヒーターを使用する方法の場合、対象ガス含有排出ガスの処理が比較的簡単であるという利点はあるが、エネルギー消費量が多く、約１３００℃以上の高温を実現することが難しいため、排出ガス中にパーフルオロ化合物などの、変換が難しい対象ガスが含まれている場合には、適用が容易ではないという欠点がある。ＬＮＧやＬＰＧなどの燃料と酸素などの酸化剤との化学反応により発生する高温火炎を使用する燃焼方法の場合、電熱ヒーター方法よりも高温になる可能性があるため有利であるが、燃料使用量が多く、燃料関連ユーティリティの設置及び運用にコストや手間がかかり、窒素酸化物が大量に発生するという問題がある。また、対象ガス含有排出ガスの流量、種類、成分などの変化により、処理雰囲気の温度が変化したり、ひどい場合には火炎が消失したりするという問題がある。固体触媒を使用する方法の場合、対象ガス含有排出ガスを比較的低温で処理できるため、エネルギー消費量を削減できるが、触媒の被毒や劣化のため、頻繁に交換する必要があるため、継続的な運転を防ぎ、メンテナンスコストを上昇させるという欠点がある。熱プラズマを使用する方法の場合、数万℃のプラズマを形成させて対象ガス含有排出ガスを処理する方法であるため、変換が難しい対象ガスが含まれていたも変換処理が容易であり、且つ、外部電力により処理環境を調節するので、対象ガス含有排出ガスの供給条件が変化しても安定した運転ができるという利点がある。このため、最近では、ＣＦ４などの、変換が難しい対象ガスを含有する排出ガスの処理に多く利用されている。しかしながら、従来の、熱プラズマを用いた対象ガス含有排出ガスの処理方法では、対象ガスの高い変換率を得るために高温プラズマ生成が必要であり、これにより多くの電力が消費される。多くの場合、対象ガスは多量の窒素や空気などと混合された状態で排出される。例えば、半導体製造工程では、対象ガスは毎分数百リットル（ｓｌｐｍ：ｓｔａｎｄａｒｄ  ｌｉｔｅｒ  ｐｅｒ  ｍｉｎｕｔｅ）の窒素と混合されて排出される。特にフラットパネルディスプレイ製造工程では、場合によっては、混合ガス量が数千ｓｌｐｍに達する場合があり、対象ガス含有排出ガスの処理には多くの電力が不可欠である。また、高電力で動作することにより、プラズマ発生装置の構成部品（例えば、電極）の寿命が短くなり、頻繁な交換が必要となり、運転停止回数が増え、メンテナンスコストが上昇するという欠点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記のような従来方法の問題点を鑑みて、対象ガスの変換率を高め、このような過程で必要とされるエネルギー消費を減らし、また、これにより、処理装置のメンテナンスコストを低減し、寿命を向上させ、大容量の処理装置をより容易に実現できる、プラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する方法及び装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
電子はさまざまな方法でガス分子と相互作用し、電子の衝突によるガス分子の解離はこれらの相互作用の一つである。ガス変換の初期段階は、ガス分子の結合を切って原子、イオン、活性種などのより小さな粒子に分離させる解離過程であり、電子はこのような解離過程で重要な役割を担うことができる。電子は原子または分子状態の中性粒子がイオン化されるときに生成されるが、サハの式 （Ｓａｈａ  Ｅｑｕａｔｉｏｎ）によれば、大気圧、常温の空気中の電子密度は、中性粒子密度に比べて約１０−１２２と非常に低く、ガス温度を増加させるにつれて増加する。「荷電粒子と中性粒子とにより構成され、集団的ふるまいをする準中性ガス」として定義されているプラズマには、このような電子が豊富に含まれている。荷電粒子は中性粒子のイオン化及び電子付着により生成され、電子、正イオン、負イオンがこれに該当し、中性粒子は基底状態、励起状態で存在する可能性がある。プラズマは、このような構成粒子の温度及び熱平衡状態によって非平衡プラズマと局所平衡プラズマとに大別される。イオンや中性粒子などの重い粒子の温度に比べて電子温度が非常に高い非平衡プラズマは、低温プラズマとも呼ばれ、グロー放電、誘電体バリア放電、コロナ放電などにより生成されるプラズマが、非平衡プラズマの一例である。電子と重い粒子の温度がほぼ同じ局所平衡プラズマは、熱プラズマとも呼ばれ、アーク放電、熱高周波放電などにより生成されるプラズマが、局所平衡プラズマの一例である。グライディングアーク放電、マイクロ波放電により生成されるプラズマは、これらの中間領域に位置していることがわかる。このような電磁場の効果により生成されるプラズマに加えて、燃焼炎や加熱されたガスなどの荷電粒子が多く含まれている場合も、広義のプラズマといえる。
【０００６】
原子または分子の状態の中性粒子をイオン化して電子を生成するのに必要なエネルギーを、イオン化エネルギーと呼び、１次イオン化エネルギーは、中性粒子から最初の電子を分離するのに必要なエネルギーである。イオン化エネルギーは原子または分子の大きさ、電子の配置などによって決定され、イオン化エネルギーが低い物質ほど電子が簡単に生成される。便宜上、プラズマは、主にアルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスや窒素、酸素、水素、水蒸気などの、大気圧、常温の条件下でガス状態で存在する物質から生成されるが、それらの１次イオン化エネルギーは１０ｅＶ以上と高い方である。このようなプラズマにイオン化エネルギーの低い物質を添加すると、電子密度が高くなり、電子温度が変化すると言われているが、磁性流体発電などのごく一部の研究にのみ活用されている。１次イオン化エネルギーの低い元素としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム等のアルカリ金属、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等のアルカリ土類金属、鉄、ニッケル、銅等の遷移金属、アルミニウムなどがある。
【０００７】
本発明は、上記の二つの事実、すなわち、１）電子はガス変換の初期段階で重要な役割を担うことができるという点と、２）プラズマに１次イオン化エネルギーの低い元素を添加することにより、電子の密度を（または電子の温度をも）高めることができるという点に着目して考案された。
【０００８】
本発明の研究では、プラズマに１次イオン化エネルギーが10eV以下の元素（以下、変換促進元素）を添加することにより、対象ガスの変換率が大幅に増加することが示されている。特に、プラズマ中に対象ガスの解離生成物と結合して、対象ガスへの再結合を抑制し、変換生成物に変換させる作用をする物質（以下、変換剤）も含まれている場合、変換促進要素は少量でも繰り返し連続的に機能することが示されている。変換剤としては、水、水素、酸素、炭化水素等を用いることができる。
【０００９】
本発明における変換率の上昇は、変換促進元素が対象ガスと直接化学結合してそれを変換させるためではなく、変換促進元素が電子密度または電子温度を上昇させて対象ガス分子の解離を加速させ、全体の変換が促進されるためであると予想される。触媒作用は、触媒と呼ばれる付加的な物質の添加により特定の反応の速度を上げることであり、原則として、触媒は反応に直接関与せず、変換も消費もされないため、繰り返し連続的に作用し、これにより化学量論的に非常に少量でも大きな効果を示す。本発明の変換促進元素がそのような触媒の役割を果たすことが確認された。
【００１０】
研究の結果、変換促進元素の１次イオン化エネルギーが低いほど、対象ガスの変換率が高くなることを確認した。アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素は、１次イオン化エネルギーが低いため、変換促進元素として特に適している。もちろん、種々の変換促進元素を一緒に使用することも可能である。変換促進元素の効果は、変換促進元素の１次イオン化エネルギー以外に、対象ガスの変換が行われる領域（以下、変換領域）における変換促進元素のモル分率に大きく影響されることが確認され、好ましくは０．１〜１０，０００ｐｐｍであった。モル分率０．１ｐｐｍ未満の場合には、変換促進元素を添加しない場合と比較して、対象ガスの変換率上昇効果が微々たるものであり、モル分率１０，０００ｐｐｍを超える場合には、それよりも低いモル分率での場合と比較して、変換率上昇効果はそれほど大きくないが、多量の変換促進元素を必要とするので、大きな利点はない。変換促進元素のモル分率は、より好ましくは１〜１，０００ｐｐｍである。
【００１１】
変換剤の場合、対象ガスと化学的に結合して変換生成物に変換させる役割を果たさなければならないため、当該反応の化学量論によって決定される量よりも多くの量を供給することが望ましい。これよりも少ない量の変換剤が供給されると、変換促進元素が対象ガスと化学的に結合できる場合には、変換促進元素の一部が変換剤の役割を果たすため、触媒の役割が低下し、化学結合が行われない場合には、変換剤の量が足りないので好ましくない。
【００１２】
従来の対象ガス含有排出ガスの処理方法では、電力又は燃焼用燃料の供給率を下げるなど、エネルギー供給量を減らすと、対象ガスの変換率が急激に低下する。しかしながら、本発明の方法を適用すると、低いエネルギー供給及びそれによる低い温度においても対象ガスの高い変換率を維持することができる。すなわち、変換促進元素の触媒作用により、変換に必要な温度を下げることができるのである。
【００１３】
本発明の効果は、電磁場により生成されたプラズマにおいてはもとより、燃焼炎および電熱ヒーターによって加熱されたガス、またはそれらの混合雰囲気においても等しく良好に機能することが確認されており、本発明に記載のプラズマは、そのような広義のプラズマを指す。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、対象ガス含有排出ガスを処理するにあたり、対象ガスの変換率を高め、処理過程で必要とされるエネルギー消費量を減らすことができる。また、これにより、処理装置のメンテナンスコストを低減し、寿命を向上させることができ、大容量の処理装置をより容易に実現することが可能である。本発明は、有害物質の除去工程だけでなく、改質、ガス化、ＧＴＬ（Ｇａｓ  ｔｏ  Ｌｉｑｕｉｄ：ガス・ツー・リキッド）、重合などの有用な物質の合成工程にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施例に係るプラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する装置を示す概念図である。
【図１ａ】（ａ）既存のアトマイザー及び（ｂ）本発明の一実施例に係るアトマイザーを示す概念図である。
【図２】本発明の一実施例に係るプラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する装置を示す概念図である。
【図３】本発明の一実施例に係るプラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する装置を示す概念図である。
【図４】本発明の一実施例に係るプラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する装置を示す概念図である。
【図５】変換促進元素の１次イオン化エネルギーによるＣＦ４の変換率を示す図である。
【図６】変換促進元素（Ｋ）のモル分率によるＣＦ４の変換率を示す図である。
【図７】変換剤（水）の有無によるＣＦ４の変換率を示す図である。
【図８】変換剤（水）の過剰率によるＣＦ４の変換率を示す図である。
【図９】変換促進元素の有無およびＴＭＩＸによるＣＦ４の変換率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
最も高いレベルの結合解離エネルギー（ＣＦ３−Ｆ、５．７ｅＶ）により変換が難しい代表的な対象ガスであるＣＦ４を例にとって、本発明の作用について詳細に説明する。ガス変換の初期において電子が重要な役割を果たすことができるという点と、プラズマに１次イオン化エネルギーの低い元素を添加することにより電子の密度（または電子の温度まで）を高めることができるという点は、対象ガスの種類に関係なく共通に適用できるため、本発明の作用は、ＣＦ４に限定されるものではなく、他の対象ガスにも同様に適用できる。実施例では、ＣＦ４以外の複数の対象ガスを対象とした本発明の効果を記述した。
【００１７】
ＣＦ４における解離、再結合及び解離生成物の変換反応のいくつかの例と、水を変換剤として使用してＣＦ４を変換させる場合の全体の変換反応は、以下の通りである。ＣＦ４変換の初期段階は解離過程であり、ＣＦ４分子をＣＦｉ（ｉ＝１，２，３）およびフッ素原子、分子またはイオンなどに解離させる過程において電子が核心的役割を担うと予想される。変換促進元素は、電子の密度を増やしてＣＦ４分子の解離を加速させることにより、全体の変換反応を促進させる役割を果たすと予想される。解離生成物であるＣＦｉ及びフッ素原子、分子またはイオンは再結合して再び ＣＦ４を生成することもある。水、水素、酸素、炭化水素などの変換剤を添加すると、これら又はこれらの構成成分が解離生成物と結合して ＣＦ４への再結合を抑制し、ＨＦ、ＣＯＦ２、ＣＯ２などの安定な変換生成物に変換させる。変換させようとする対象ガスの種類、および、このような変換から得ようとする変換生成物に応じて、様々な種類の変換剤を使用でき、代表的に、構成成分として水素、酸素、窒素、炭素などの元素を含む物質を変換剤として使用できる。
【００１８】
解離
ＣＦ４＋ｅ→ＣＦ３＋Ｆ＋ｅ
ＣＦ３＋ｅ→ＣＦ２＋Ｆ＋ｅ
ＣＦ２＋ｅ→ＣＦ＋Ｆ＋ｅ
ＣＦ４＋ｅ→ＣＦ２＋２Ｆ＋ｅ
ＣＦ４＋ｅ→ＣＦ＋Ｆ＋Ｆ２＋ｅ
ＣＦ４＋ｅ→ＣＦ３＋Ｆ−
ＣＦ４＋ｅ→ＣＦ３＋＋Ｆ＋２ｅ
【００１９】
再結合
ＣＦ３＋Ｆ→ＣＦ４
ＣＦ３＋Ｆ−→ＣＦ４＋ｅ
ＣＦ３＋Ｆ２→ＣＦ４＋Ｆ
【００２０】
解離生成物の変換
ＣＦ３＋Ｈ→ＣＦ２＋ＨＦ
ＣＦ３＋Ｏ→ＣＯＦ２＋Ｆ
ＣＦ３＋ＯＨ→ＣＯＦ２＋ＨＦ
ＣＦ２＋Ｈ→ＣＦ＋ＨＦ
ＣＦ２＋Ｏ→ＣＯ＋２Ｆ
ＣＦ２＋Ｏ→ＣＯＦ＋Ｆ
ＣＦ２＋Ｏ２→ＣＯＦ２＋Ｏ→ＣＯ２＋Ｆ２
ＣＦ２＋ＯＨ→ＣＯＦ＋ＨＦ
ＣＦ＋Ｈ→Ｃ＋ＨＦ
ＣＦ＋Ｏ→ＣＯ＋Ｆ
Ｆ＋Ｈ２→ＨＦ＋Ｈ
Ｃ＋Ｏ２→ＣＯ２
【００２１】
全変換反応
ＣＦ４＋２Ｈ２Ｏ＝４ＨＦ＋ＣＯ２    ．．．（１）
【００２２】
表１は、本発明の主張する変換条件および結果の例として、変換領域に供給される各構成物の供給率、モル分率、様々な温度、変換率および消費電力を示している。 変換促進元素であるカリウムのモル分率が100 ppmと非常に低いにもかかわらず、低温および低消費電力で、ほとんどのＣＦ４が変換されることを知ることができる。
【００２３】
金属状態で存在する変換促進元素は爆発性があるものや高価なものが多いため、これを直接使用するには困難な点がある。研究の結果、化合物、合金、金属間化合物、鉱物などの変換促進元素を含有する任意の物質を変換促進元素の原料（以下、変換促進剤）として使用しても本発明の特徴を実現できるということが確認され、これは、変換促進剤が変換領域内で変換促進元素と残りの物質とに分解可能であるからであると予想される。変換促進剤として使用できる化合物の例としては、水酸化物（Ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）、硝酸塩（Ｎｉｔｒａｔｅ）、亜硝酸塩（Ｎｉｔｒｉｔｅ）、炭酸塩（Ｃａｒｂｏｎａｔｅ）、炭酸水素塩（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ｃａｒｂｏｎａｔｅ）、過炭酸塩（Ｐｅｒｃａｒｂｏｎａｔｅ）、酢酸塩（Ａｃｅｔａｔｅ）、ギ酸塩（Ｆｏｒｍａｔｅ）、フッ化物（Ｆｌｕｏｒｉｄｅ）、塩化物（Ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、塩素酸塩（Ｃｈｌｏｒａｔｅ）、亜塩素酸塩（Ｃｈｌｏｒｉｔｅ）、次亜塩素酸塩（Ｈｙｐｏｃｈｌｏｒｉｔｅ）、臭化物（Ｂｒｏｍｉｄｅ）、水素化ホウ素（Ｂｏｒｏｈｙｄｒｉｄｅ）、リン酸塩（Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ）、亜リン酸塩（Ｐｈｏｓｐｈｉｔｅ）、次亜リン酸塩（Ｈｙｐｏｐｈｏｓｐｈｉｔｅ）、フタル酸塩（Ｐｈｔｈａｌａｔｅ）、硫酸塩（Ｓｕｌｆａｔｅ）、硫化物（Ｓｕｌｆｉｄｅ）、亜ジチオン酸塩（Ｄｉｔｈｉｏｎｉｔｅ）、スルファミン酸塩（Ｓｕｌｆａｍａｔｅ）、シュウ酸塩（Ｏｘａｌａｔｅ）、酸化物（Ｏｘｉｄｅ）、イソプロポキシド（Ｉｓｏｐｒｏｐｏｘｉｄｅ）などがあり、鉱物の例としては、長石（Ｆｅｌｄｓｐａｒ）、雲母（Ｍｉｃａ）、白雲母（Ｍｕｓｃｏｖｉｔｅ）、氷晶石（Ｃｒｙｏｌｉｔｅ）などがあるが、これらに限定されるものではない。変換促進剤には、変換促進元素に加えて、対象ガスの解離生成物と結合できるＨ、Ｏなども含まれているが、少量の変換促進剤を使用する場合は、別途供給される変換剤に比べてその量が非常に少ないため影響は大きくない。
【００２４】
モル分率は、変換領域に供給されて変換領域の雰囲気を形成する全構成物、例えば、対象ガス、希釈ガス、プラズマ形成ガス、変換剤、変換促進剤の全モル数のうちの当該構成物のモル数を百万分率（ｐｐｍ）で表したものである。前述の構成物は変換領域で解離されてモル数が増加することがあり、このような解離の後の状態をモル分率の算定に適用すると、解離程度を実測しなければならないなどの手間がある。利便性及び明確性のために、本発明では、各構成物の供給時の状態を適用してモル分率を算定する。例えば、１モルのＣＦ４は、解離によって最大５モルまで増加することができるが、モル分率の算定時には１モルを適用する。変換促進元素のモル分率は、変換促進剤のモル分率に、変換促進剤分子に含まれる変換促進元素の数を乗じて算定する。例えば、変換促進剤のＫ２ＣＯ ３のモル分率が１００ｐｐｍでれば、変換促進元素のカリウムのモル分率は２００ｐｐｍである。
【００２５】
表１では、変換促進元素であるカリウムのモル分率は１００ｐｐｍと非常に低いが、Ｓａｈａ方程式によれば、１５００℃での窒素中の電子密度は、カリウム添加前６．１×１０４ ｍ−３から１００ｐｐｍのカリウム添加後１．９×１０１７ｍ−３に急激に増加して、解離が加速されて変換が促進されると予想される。
【００２６】
変換促進元素及び変換剤過剰率（ｅｘｃｅｓｓ  ｒａｔｉｏ）は、変換促進元素及び変換剤が対象ガスの解離生成物と化学的に結合して対象ガスを変換させる反応にあたり、化学量論により必要とされる変換促進元素及び変換剤のモル数に対する、実際の変換領域に供給されたモル数の比であると定義された。カリウムは、以下の式（２）のように変換剤として作用して、ＣＦ４の解離生成物と直接結合して変換させる役割をすることもあるが、このような場合、１モルのＣＦ４を変換させるためには４モルのＫが必要となり、これにより経済性に劣るだけでなく、触媒の役割が低下し、多量の固相変換生成物が形成されることから、変換装置の安定した運転および変換生成物の処分にも困難が伴う。表１における変換促進元素過剰率０．００８は、式（２）の化学量論により必要とされるカリウムのモル数に比べて約１／１３０だけが供給されることを意味する。
【００２７】
ＣＦ４＋４Ｋ＝４ＫＦ＋Ｃ    ．．．（２）
【００２８】
変換剤過剰率１．２は、式（１）の化学量論により必要とされる量よりも２０％多くの水が供給されることを意味する。変換促進元素が触媒として機能するためには、別途の変換剤が存在し、対象ガスの解離生成物と化学的に結合する必要があるため、このような別途の変換剤は、当該反応の化学量論により必要とされる量以上が供給されることが好ましい。
【００２９】
変換促進元素の作用だけでも対象ガス含有排出ガスの処理においてエネルギー消費量を削減することができるが、これをさらに低減するためには、変換領域を通過した後の物質に残っている廃熱を熱交換器により回収し、これを利用して対象ガス含有排出ガスを変換領域に供給する前に予熱することが好ましく、この場合、水素やヘリウムなどの熱伝導率の高い物質を加えることで予熱効果を高めることができる。さらに、エネルギー消費量の削減するために、処理装置を断熱して外部への熱損失を減らすことも望ましい。
【００３０】
ＴＡは、変換領域に供給される前の対象ガス含有排出ガスの予熱温度であり、実際の測定値である。ＴＭＩＸは、変換領域の平均温度を概算するように設計された値であり、表１では、窒素で希釈されたＣＦ４が 予熱された後、熱プラズマトーチによって生成された窒素プラズマと断熱状態で均一に 混合されたと仮定して算定した。ＴＡが高いほど、同じ消費電力でもＴＭＩＸが高くなり、ＴＭＩＸが高いほど、変換促進元素による対象ガスの変換率が上昇する効果が大きくなることが確認された。
【００３１】
変換率は、変換前の対象ガスのモル数に対する変換されたモル数の割合であると定義され、ガスクロマトグラフィーまたはフーリエ変換赤外分光法により測定される。消費電力は、熱プラズマトーチに供給される電力である。
【００３２】
表１では、変換促進剤としてＫＯＨを例示しているが、これに代わってＫＦを使用する場合でもほぼ同じ変換率の上昇効果を得ることができる。このことから、変換促進元素であるカリウムが式（２）に示すような変換剤の役割を果たすのではなく、触媒として機能することが再びわかる。対象ガスの変換に際して変換剤なしで変換促進元素のみを添加すると、変換促進元素が解離生成物と化学的に結合しない場合、解離生成物の再結合を抑制できず、変換生成物への変換が困難になり、このため、対象ガスの変換が非常に困難であり、一方、変換促進元素が解離生成物と化学的に結合できる場合、触媒の役割の代わりに変換剤の役割を担うべきなので、本発明のように高い変換率を得ることが困難であり、所要量が非常に多くなる。
【００３３】
【表１】
2021529664.tif 000003
【００３４】
固相の変換促進剤を液相の物質に溶解させた溶液を供給原料として使用することもでき、液相の物質が変換剤であれば、変換促進元素と変換剤を一緒に供給できて便利である。多くの固相の変換促進剤は、水、アルコールなどの変換剤として使用可能な液相の物質への溶解度が高い。したがって、溶液の濃度を適切に調節して液体定量ポンプなどに供給することにより、変換促進元素と変換剤の供給率を簡単に調節することができる。
【００３５】
変換促進剤または変換剤が固相または液相である場合、それらが変換領域内で円滑に作用するためには、先ずそれらを気化させる過程が必要である。それらを変換領域に直接供給し、この領域の熱で直接気化させる方法、処理装置内の変換領域以外の領域の熱で気化させた後、変換領域に搬送させる方法、外部の別途の気化装置を用いて気化させた後、変換領域に搬送させる方法などがある。変換領域に直接供給するのが最も簡単であるが、気化が不十分であるか、または変換領域の温度を下げる虞がある。第二の方法においては、熱をより効率的に活用できるが、変換促進剤や変換剤の種類により、搬送過程で壁面付着による損失が発生する虞がある。したがって、変換領域のできるだけ近くで十分に気化させた後、変換領域に供給することが好ましい。変換剤として使用できる水（Ｈ２Ｏ）、水素（Ｈ２）、酸素（Ｏ２）、炭化水素などは、それ自体で対象ガスの解離生成物と反応できるが、水素原子（Ｈ）、酸素原子（Ｏ）、ヒドロキシ基（ＯＨ）、またはそれらのイオン形態で反応することがより有利であるため、変換剤をプラズマ生成手段内の高温領域を通過させた後、変換領域に供給する場合、変換剤の気化はもとよりそのような活性化も可能で有利である。変換促進剤もこのような方法により変換領域に供給する場合、変換促進元素のイオン化をより増加させることができるので、有利である。このために、変換剤や変換促進剤をプラズマ生成手段の原料自体として使用するか、既存の原料（熱プラズマトーチの場合は窒素、アルゴンなどのプラズマ形成ガス、燃焼バーナーの場合は燃料又は酸化剤）に一部混合させて使用することができる。スチームプラズマトーチ、ＬＰＧ／ＬＮＧバーナーなどは、この方法を使用して変換剤を活性化させる良い例である。
【００３６】
変換促進剤や変換剤をエアロゾル化して微細な液敵や粒径の小さい粉末にすると、比表面積が増加して気化及び活性化が容易になるので、このためにアトマイザーまたは粉末分散機構などを利用することができる。変換剤は、対象ガスの周囲に均一に存在することが好ましく、このために、これらを対象ガス含有排出ガスに予め均一に混合させた後、変換領域に搬送させてもよい。
【００３７】
変換促進剤及び変換剤の供給率は、質量流量計、液体ポンプ、粉末供給機などの別途の定量供給機構により調節されてもよいが、これらの物質が液相又は固相である場合、これらの温度、すなわち蒸気圧とキャリアガスの流量を変えることで調節されてもよい。本発明の特性上、変換促進剤の消費量が非常に少ないため、長時間使用できる量を変換装置の外部または内部の一定空間に事前に装入しておき、後者の方法で供給すると、別途の定量供給機構なしで簡単に供給することができる。変換装置内部の高温部に装入すれば、別途の気化装置が不要で、さらに簡便となる。
【００３８】
以下の実施例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は、これらに限定されるものではない。
【００３９】
実施例
図１は、本発明の一実施例に係るプラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する装置を示す概念図である。対象ガス含有排出ガス処理装置１０は、大別して、本体２０、熱交換器３０、ガイド３５、プラズマ生成手段４０、水槽５０、湿式スクラバー６０、アトマイザーＭ１０で構成される。本体２０の外部は断熱されている。
【００４０】
対象ガス含有排出ガスＡは、対象ガス含有排出ガス導入口２１を介して流入する。定量供給機構Ｎ２により供給率が調節される変換剤Ｎは、対象ガス含有排出ガス導入口２１に設けられた変換剤供給口２２を介して注入された後、対象ガス含有排出ガスＡと混合され、このような混合物は、変換領域を通過した後の物質４５に残っている廃熱を4段の直列熱交換器30で回収して予熱される。その後、前記混合物は、旋回流発生機構３２によって円周方向に均一に旋回し、ガイド３５を通過してさらに予熱された後、変換領域Ｒに供給される。ガイド先端には、前記混合物の予熱温度ＴＡ測定用の熱電対３６が設けられている。
【００４１】
プラズマ生成手段４０として変換領域Ｒの上部に設けられた直流熱プラズマトーチは、直流電源を用いてトーチ内の陰極と陽極との間に、高温のアーク放電を起こし、プラズマ形成ガス４３の窒素をプラズマ化した後、ジェットＰ状に変換領域Ｒに噴出させる役割を果たす。
【００４２】
化合物である変換促進剤Ｍ１を変換剤Ｎである水に溶解させた後、それを、シリンジポンプまたは蠕動ポンプなどの定量供給機構Ｍ２を介して、プラズマ生成手段４０の出口側に設けられたアトマイザーＭ１０に供給する。このような水溶液は、アトマイザーＭ１０の微細間隙Ｍ１２でアトマイジングガスＭ１１である微量の窒素によって 微細な液滴にエアロゾル化された後、変換領域Ｒの熱で気化する。図１ａの（ａ）のように従来のアトマイザーを使用する場合、長時間の運転中に間隙Ｍ１２に固相物質による目詰まりが発生することが多い。図１ａの（ｂ）のように 傾斜面を有する隔離部Ｍ１３をアトマイザー出口に設けることで外部ガス流と間隙Ｍ１２を分離して隙間周辺の流れを一定に保ち、アトマイザー外部を冷却剤Ｍ１４である水で冷却することにより、このような目詰まり現象が大幅に低減される。
【００４３】
変換促進剤Ｍ１の供給率及び変換領域Ｒ内の変換促進元素Ｍのモル分率は、定量供給機構Ｍ２により水溶液供給率を調節し、水溶液中の変換促進剤Ｍ１の濃度を調節することにより変えることができる。
【００４４】
変換剤Ｎの総供給率は、変換剤供給口２２に供給された変換剤Ｎの供給率と、水溶液に含まれている変換剤Ｎの供給率の合計で決定される。
【００４５】
変換領域Ｒに供給された対象ガス含有排出ガスＡ中の対象ガスは、プラズマジェットＰ、変換促進元素Ｍ及び変換剤Ｎの作用により変換される。変換領域を通過した後の物質４５は、熱交換器３０により対象ガス含有排出ガスＡと変換剤Ｎの混合物を予熱した後、冷却され、その後、水槽５０及び湿式スクラバー６０を通過してＨＦ、ＫＦなどの変換生成物が除去された後、排気口６３を介して排気される。
【００４６】
図２は、本発明の一実施例に係るプラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する装置を示す概念図である。本体２０の外部に位置する気化部Ｍ２０に変換促進剤Ｍ１としてのカリウム金属を装入し、熱電対Ｍ２２により気化部Ｍ２０内の溶融したカリウムの温度を制御する外部気化装置Ｍ２４により気化させた後、キャリアガスＭ２１として窒素を用いて変換促進元素供給口Ｍ２３を介して変換領域Ｒに搬送させることを除いては、図１と同様である。
【００４７】
図３は、本発明の一実施例に係るプラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する装置を示す概念図である。変換促進剤Ｍ１であるＫＮＯ３を変換剤Ｎである水に溶解させた水溶液を、定量供給機構Ｍ２により、変換領域Ｒの周辺に位置する気化部Ｍ２０に供給し、変換領域Ｒ周辺の熱により気化させた後、変換促進元素供給口Ｍ２３を介して変換領域Ｒに供給することを除いては、図１と同様である。
【００４８】
図４は、本発明の一実施例に係るプラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する装置を示す概念図である。変換領域Ｒの周辺に位置する気化部Ｍ２０内に変換促進剤Ｍ１としてのＫＮＯ３を長時間運転可能なように予め十分に装入した後、変換領域Ｒ周辺の熱により溶融及び気化させ、熱電対Ｍ２２により気化部Ｍ２０内の溶融したＫＮＯ３の温度をモニタリングし、キャリアガスＭ２１として窒素を用いて変換促進元素供給口Ｍ２３を介して変換領域Ｒに搬送させることを除いては、図１と同様である。
【００４９】
表２乃至表６は、図１乃至図４の直流熱プラズマトーチを用いた処理装置、および、燃焼バーナー、グライディングアーク、電熱ヒーターを用いた処理装置における変換条件と変換結果である。
【００５０】
【表２】
2021529664.tif 000004
【００５１】
【表３】
2021529664.tif 000005
【００５２】
【表４】
2021529664.tif 000006
【００５３】
【表５】
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【００５４】
【表６】
2021529664.tif 000008
【００５５】
比較例２及び実施例１〜８から、変換促進元素が添加されることによりＣＦ４の変換率が上昇し、添加される変換促進元素の１次イオン化エネルギーが低いほど変換率上昇効果はさらに大きくなることがわかる。変換促進元素のモル分率は１００ｐｐｍと非常に低く、変換促進元素の過剰率が１よりも非常に低いため、触媒のような役割を果たしていることが確認される。変換剤の過剰率２は、変換に必要な量に比べて２倍の変換剤が十分に供給されることを意味する。変換促進元素が添加されていない場合は、窒素の１次イオン化エネルギーを示した。変換促進元素の１次イオン化エネルギーの減少に伴う変換率の上昇傾向は、図５の通りである。
【００５６】
比較例３〜５及び実施例９〜２６から、変換促進元素は０．１ｐｐｍの非常に低いモル分率でも効果を発揮することがわかり、変換促進元素のモル分率が増加すると、ＣＦ４の変換率も高くなることがわかる。ＣＦ４のモル分率が増加するほど、同じ変換率を得るために変換促進元素のモル分率も増加しなければならないが、これは、ＣＦ４内のフッ素が大きな電子親和力を持ち、電子を捕獲してマイナスイオンになろうとする傾向が強いため、変換促進元素により生成された電子を消費する役割をするためであると予想される。この場合にも変換促進元素の過剰率は１よりも非常に小さい。図６は、変換促進元素のモル分率の増加に伴うＣＦ４の変換率の上昇傾向を示す。図６は、供給電力を固定した状態での結果であるため、ＣＦ４のモル分率が高い場合、変換率をさらに高めるためには、熱プラズマトーチへの供給電力をわずかに増加させるとよい。
【００５７】
実施例２７〜３９および比較例６〜１１から、変換促進元素を添加しても変換剤がなければ、変換促進元素が触媒の役割を果たさずに変換剤の役割を果たすので、高い変換率が得られにくく、また、変換剤を添加する場合は、変換剤の過剰率が1以上になるように供給することが好ましいことがわかる。図７及び図８は、変換剤の有無及び変換剤の過剰率によるＣＦ４の変換率を示す図である。
【００５８】
比較例１２及び実施例４０〜４８は、変換促進元素Ｋを含有する水酸化物（Ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）、硝酸塩（Ｎｉｔｒａｔｅ）、炭酸塩（Ｃａｒｂｏｎａｔｅ）、炭酸水素塩（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ｃａｒｂｏｎａｔｅ）、フッ化物（Ｆｌｕｏｒｉｄｅ）、塩化物（Ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、臭化物（Ｂｒｏｍｉｄｅ）、酢酸塩（Ａｃｅｔａｔｅ）、リン酸塩（Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ）化合物を変換促進剤として使用した場合であり、これらのうちいかなる化合物を使用してもほぼ同じ変換率上昇効果が得られることがわかる。
【００５９】
比較例１３〜１４及び実施例４９から、変換剤として水の代わりに水素を使用する場合においても優れた変換率が得られることがわかる（変換促進元素の原料として水溶液を使用して微量の水が添加されている）。
【００６０】
比較例１５〜２０及び実施例５０〜５５から、変換促進元素の作用により、対象ガスの変換に必要な温度を下げることができ、対象ガス含有排出ガスを予熱すると、変換促進元素の効果がより大きくなることがわかる。図９は、変換促進元素の有無及びＴＭＩＸによるＣＦ４の変換率を示す図である。
【００６１】
実施例５６〜５８から、本発明は大量の対象ガス含有排出ガス処理においても優れた効果を示すことがわかり、実施例５９から、定量供給機構や別途の気化装置なしで簡単に変換促進元素を供給することもできることがわかり、比較例２１，２２，２６、実施例６０，６１、６６から、本発明はＣＦ４以外の様々な対象ガスにも適用可能であることがわかる。
【００６２】
比較例１及び実施例３３から、本発明により消費電力量を大幅に削減できることがわかる。
【００６３】
比較例２３〜２６及び実施例６２〜６６から、熱プラズマ以外の様々なプラズマについても本発明の効果を達成できることがわかる。燃焼バーナーを用いた実施例では、燃料としてＬＰＧ２．０ｓｌｐｍ、酸化剤として酸素１２．４ｓｌｐｍを使用し、グライディングアークを用いた実施例では、５０ｋＨｚの周波数、５ｕｓの保持時間、および７．２ｋＶの印加電圧を適用した。
【００６４】
本発明をまとめると以下の通りである。
【００６５】
プラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する方法は、対象ガスの変換が行われる変換領域にプラズマを生成させるステップと；１次イオン化エネルギーが１０ｅＶ以下の元素として、対象ガスの変換を促進させる変換促進元素を含有する変換促進剤を変換領域に供給するステップと；対象ガスの解離生成物と結合して、対象ガスへの再結合を抑制し、変換生成物に変換させる変換剤を変換領域に供給するステップと；対象ガス含有排出ガスを変換領域に供給するステップと；を含んでもよい。
【００６６】
変換促進元素の過剰率は、１以下であってもよい。
【００６７】
変換剤の過剰率は、１以上であってもよい。
【００６８】
変換領域内における変換促進元素のモル分率は、０．１〜１０，０００ｐｐｍであってもよい。
【００６９】
変換領域内における変換促進元素のモル分率は、１〜１，０００ｐｐｍであってもよい。
【００７０】
変換促進元素は、アルカリ金属及びアルカリ土類金属からなる群から選択される少なくともいずれか一つであってもよい。
【００７１】
変換促進元素は、リチウム、ナトリウム、カリウム、及びセシウムのうちの少なくともいずれか一つであってもよい。
【００７２】
変換促進剤は、金属、化合物、合金、金属間化合物、及び鉱物からなる群から選択される少なくともいずれか一つであってもよい。
【００７３】
化合物は、水酸化物（Ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）、硝酸塩（Ｎｉｔｒａｔｅ）、亜硝酸塩（Ｎｉｔｒｉｔｅ）、炭酸塩（Ｃａｒｂｏｎａｔｅ）、炭酸水素塩（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ｃａｒｂｏｎａｔｅ）、過炭酸塩（Ｐｅｒｃａｒｂｏｎａｔｅ）、酢酸塩（Ａｃｅｔａｔｅ）、ギ酸塩（Ｆｏｒｍａｔｅ）、フッ化物（Ｆｌｕｏｒｉｄｅ）、塩化物（Ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、塩素酸塩（Ｃｈｌｏｒａｔｅ）、亜塩素酸塩（Ｃｈｌｏｒｉｔｅ）、次亜塩素酸塩（Ｈｙｐｏｃｈｌｏｒｉｔｅ）、臭化物（Ｂｒｏｍｉｄｅ）、水素化ホウ素（Ｂｏｒｏｈｙｄｒｉｄｅ）、リン酸塩（Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ）、亜リン酸塩（Ｐｈｏｓｐｈｉｔｅ）、 次亜リン酸塩（Ｈｙｐｏｐｈｏｓｐｈｉｔｅ）、フタル酸塩（Ｐｈｔｈａｌａｔｅ）、硫酸塩（Ｓｕｌｆａｔｅ）、硫化物（Ｓｕｌｆｉｄｅ）、亜ジチオン酸塩（Ｄｉｔｈｉｏｎｉｔｅ）、スルファミン酸塩（Ｓｕｌｆａｍａｔｅ）、シュウ酸塩（Ｏｘａｌａｔｅ）、酸化物（Ｏｘｉｄｅ）、イソプロポキシド（Ｉｓｏｐｒｏｐｏｘｉｄｅ）からなる群から選択される少なくともいずれか一つであってもよい。
【００７４】
変換剤は、変換剤の構成元素として、水素、酸素、窒素、及び炭素のうちの少なくともいずれか一つを含んでもよい。
【００７５】
変換剤は、水、水素、酸素、及び炭化水素からなる群から選択される少なくともいずれか一つであってもよい。
【００７６】
変換促進剤を液相の変換剤に溶解させた溶液を供給原料として使用してもよい。
【００７７】
液相の変換剤は、水であってもよい。
【００７８】
対象ガス含有排出ガスを変換領域に供給する前に予熱するステップをさらに含んでもよい。
【００７９】
変換領域を通過した後の物質に残っている廃熱を熱交換方式で回収して予熱に利用してもよい。
【００８０】
対象ガスは、ハロゲン化物からなる群から選択される少なくともいずれか一つであってもよい。
【００８１】
対象ガスは、パーフルオロ化合物（Ｐｅｒｆｌｕｏｒｏｃｏｍｐｏｕｎｄｓ、ＰＦＣ）、ハイドロフルオロカーボン（Ｈｙｄｒｏｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ、ＨＦＣ）、クロロフルオロカーボン（Ｃｈｌｏｒｏｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ、ＣＦＣ）、ハイドロクロロフルオロカーボン（Ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｏｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎｓ、ＨＣＦＣ）、ＳＦ６、およびＮＦ３からなる群から選択される少なくともいずれか一つであってもよい。
【００８２】
対象ガスは、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＣＨＦ３、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、ＮＦ３、及びＳＦ６のうちの少なくともいずれか一つであってもよい。
【００８３】
プラズマは、熱プラズマ、燃焼炎、非平衡プラズマ、加熱されたガス、またはそれらの混合物であってもよい。
【００８４】
プラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する装置は、対象ガスの変換が行われる変換領域を含む本体と；変換領域にプラズマを生成させるプラズマ生成手段と；１次イオン化エネルギーが１０ｅＶ以下の元素として、対象ガスの変換を促進させる変換促進元素を含有する変換促進剤を変換領域に供給する変換促進剤供給手段と；対象ガスの解離生成物と 結合して、対象ガスへの再結合を抑制し、変換生成物に変換させる変換剤を変換領域に供給する変換剤供給手段と；対象ガス含有排出ガスを変換領域に供給する対象ガス含有排出ガス供給手段と；を備えて構成されてもよい。
【００８５】
変換領域内における変換促進元素のモル分率は、０．１〜１０，０００ｐｐｍであってもよい。
【００８６】
変換領域を通過した後の物質に残っている廃熱を回収し、これを利用して、対象ガス含有排出ガスを変換領域に供給する前に予熱するための熱交換器をさらに含んでもよい。
【００８７】
変換促進剤を液相の変換剤に溶解させた溶液を供給原料として使用してもよい。
【００８８】
変換促進剤および変換剤のうちの少なくともいずれか一方を変換領域の熱により直接気化させてもよい。
【００８９】
変換促進剤および変換剤のうちの少なくともいずれか一方を変換領域に供給する前に気化させる手段をさらに備えてもよい。
【００９０】
変換促進剤および変換剤のうちの少なくともいずれか一方を、プラズマ生成手段内の高温領域を通過させた後、変換領域に供給してもよい。
【００９１】
気化または活性化を助けるために、変換促進剤および変換剤のうちの少なくともいずれか一方をエアロゾル化する手段をさらに備えてもよい。
【００９２】
エアロゾル化する手段は、アトマイザーであってもよい。
【００９３】
アトマイザーは、出口に傾斜面を有する隔離部を備えてもよい。
【００９４】
アトマイザーの外部は、冷却剤により冷却されてもよい。
【００９５】
変換促進剤を気化部に予め装入し、変換促進剤の温度とキャリアガスの流量によって変換領域への供給率を調節してもよい。
【００９６】
プラズマ生成手段は、熱プラズマ生成手段、燃焼バーナー、非平衡プラズマ生成手段、及び電熱ヒーターからなる群から選択される少なくともいずれか一つであってもよい。
【００９７】
熱プラズマ生成手段は、直流熱プラズマトーチであってもよい。
【符号の説明】
【００９８】
Ａ  対象ガス含有排出ガス
Ｍ  変換促進元素
Ｍ１  変換促進剤
Ｍ２  定量供給機構
Ｍ１０  アトマイザー  
Ｍ１１  アトマイジングガス
Ｍ１２  間隙
Ｍ１３  隔離部  
Ｍ１４  冷却剤
Ｍ２０  気化部
Ｍ２１  キャリアガス
Ｍ２２  熱電対  
Ｍ２３  変換促進元素供給口
Ｍ２４  外部気化装置
Ｎ  変換剤  
Ｎ２  定量供給機構
Ｐ  プラズマジェット
Ｒ  変換領域
１０  対象ガス含有排出ガス処理装置
２０  本体
２１  対象ガス含有排出ガス導入口
２２  変換剤供給口
３０  熱交換器
３１  隔壁
３２  旋回流発生機構
３５  ガイド
３６  熱電対  
４０  プラズマ生成手段
４３  プラズマ形成ガス
４５  変換領域を通過した後の物質
５０  水槽
６０  湿式スクラバー
６１  スプレーノズル
６２  充填材
６３  排気口
【図１】
2021529664.tif 000009
【図１ａ】
2021529664.tif 000010
【図２】
2021529664.tif 000011
【図３】
2021529664.tif 000012
【図４】
2021529664.tif 000013
【図５】
2021529664.tif 000014
【図６】
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【図７】
2021529664.tif 000016
【図８】
2021529664.tif 000017
【図９】
2021529664.tif 000018
【国際調査報告】
2021529664.tif 000019
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