(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのスクラバーユニットを備えるスクラバーアセンブリと、前記スクラバーユニットはスクラバー槽と、スクラバー注入口と、スクラバー排出口とを有することと、前記スクラバー槽内に収容されたスクラバー混合物と、前記スクラバー混合物は水と有機酸とからなることと、前記スクラバー槽に直列に連結された指示薬タンクとからなり、
前記有機酸は、少なくとも１つのスクラバーユニットの周囲作動温度において固体であるガス除去システム。
【請求項２】
有機酸がカルボン酸である請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
スクラバー混合物が少なくとも１体積％の水を含む請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
有機酸が酢酸、酒石酸、及びクエン酸のうちから選択される請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
スクラバー混合物が、水、溶解したクエン酸、及び固体クエン酸からなる請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
スクラバー混合物が、ｐＨ指示薬をさらに含む請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
ｐＨ指示薬が、フェノールフタレインからなる請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
スクラバー混合物が、水、クエン酸からなり、前記クエン酸の一部が固体である請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
スクラバー混合物が、水、クエン酸およびｐＨ指示薬からなり、前記クエン酸の一部が固体である請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
ｐＨ監視ユニットをさらに備え、前記ｐＨ監視ユニットはスクラバー混合物と連絡しており、前記ｐＨ監視ユニットは前記スクラバー混合物のｐＨを監視するためのものである請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
スクラバーアセンブリが、複数のスクラバー槽を備え、前記複数のスクラバー槽は直列に連結されている請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
反応装置をさらに備え、前記反応装置は反応装置排出口を有し、前記反応装置排出口は前記スクラバー注入口に連結されている請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
反応装置が、金属窒化物の気相堆積を行う装置であり、かつ、ガス流がアンモニアを含んでいる請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記反応装置が、Ｇａの気相を生成するためのＧａ供給源を備え、前記反応装置はＧａＮ膜のハイドライド気相堆積を行う装置であり、かつ、前記ガス流がアンモニア及びＨＣｌを含んでいる請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
反応装置のガス流から酸性ガスを除去するために、水およびアルカリ塩を有する塩基スクラバーをさらに備え、該塩基スクラバーは、注入口および排出口を有し、かつ反応装置排出口がスクラバー注入口に連結されている請求項１２に記載のシステム。
【請求項１６】
酸性ガスを除去するための塩基スクラバーは、アンモニアガスを除去するためのスクラバーアセンブリと、同スクラバーアセンブリと反応装置との間において、直列に連結されている請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
塩基スクラバーはガス流からＨＣｌを除去するために形成されており、かつ、アルカリ塩がＣａＣＯ３、ＣａＯＨ、ＭｇＣＯ３、ＭｇＯＨ、ＮａＣＯ３、ＮａＨＣＯ３、ＫＣＯ３、及びＫＨＣＯ３のうちから選択される請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
スクラバー槽と連通している混合物供給ユニットをさらに備える請求項１に記載のシステム。
【請求項１９】
混合物供給ユニットが、スクラバー混合物の固体の成分をスクラバー槽に自動的に供給する請求項１に記載のシステム。
【請求項２０】
ガス流から水溶性ガスを除去する方法であって、
ａ）スクラバーアセンブリと、該スクラバーアセンブリは少なくとも１つのスクラバーユニットを有することと、該スクラバーユニットはスクラバー混合物を収容しているスクラバー槽を有することと、スクラバー槽はスクラバー注入口を有することと、指示薬タンクとを準備する工程と、
ｂ）スクラバー注入口を排ガスの供給源に連結させる工程と、
ｃ）洗浄されたガス流を提供するために、水、およびスクラバーユニットの周囲作動温度において固体である有機酸を含むスクラバー混合物に排ガスを通過させる工程とからなる方法。
【請求項２１】
前記工程ｃ）の後に、洗浄されたガス流を指示薬タンクへ送る工程をさらに備える請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
指示薬タンクが指示混合物を収容しており、該指示混合物は水およびｐＨ指示薬からなる請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
有機酸が、酢酸、酒石酸、及びクエン酸のうちから選択される請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
スクラバー混合物が、水、溶解したクエン酸、固体クエン酸およびｐＨ指示薬からなる請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
スクラバー混合物が、水、クエン酸およびｐＨ指示薬からなり、クエン酸の一部は固体である請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
スクラバー混合物が、水と、水１リットル当たり０．１〜５．０ｋｇのクエン酸と、水１リットル当たり１〜５０ｍｇのフェノールフタレインとからなる請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
指示混合物が、水と、水１リットル当たり１０ｍｇ〜１ｇのフェノールフタレインとからなる請求項２２に記載の方法。
【請求項２８】
排ガス供給源が反応装置であり、前記反応装置は窒化物の気相堆積を行うものであり、前記ガス流はアンモニアを含んでいる請求項２０に記載の方法。
【請求項２９】
前記反応装置が、Ｇａの気相を生成するためのＧａ供給源を備え、前記反応装置はＧａＮ膜のハイドライド気相堆積を行うものであり、かつ、前記ガス流がアンモニア及びＨＣｌを含んでいる請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
スクラバーアセンブリを稼動する方法であって、
ａ）スクラバーアセンブリは、少なくとも１つのスクラバーユニットを有し、該スクラバーユニットは、有機酸が前記少なくとも１つのスクラバーユニットの周囲作動温度において固体であるスクラバー混合物を収容しているスクラバー槽を有し、該スクラバー槽はスクラバー注入口を有し、少なくとも１つの指示薬タンクを有するものであり、
該指示薬タンクは指示混合物を収容することを準備する工程と、
ｂ）スクラバー注入口を排ガスの供給源に連結させる工程と、
ｃ）洗浄されたガス流を提供するために、水および有機酸を含むスクラバー混合物に排ガスを通過させる工程と、
ｄ）スクラバー混合物のｐＨを監視する工程とからなる方法。
【請求項３１】
指示混合物のｐＨを監視する工程をさらに備える請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
ｅ）スクラバーアセンブリの稼動中に、スクラバー混合物の少なくとも一部分を除去する工程をさらに備える請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
ｆ）スクラバーアセンブリの稼動中に、スクラバー混合物の少なくとも１つの成分を添加する工程をさらに備える請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
指示混合物が、水とｐＨ指示薬とからなる請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
有機酸が、酢酸、酒石酸およびクエン酸のうちから選択される請求項３０に記載の方法。
【請求項３６】
スクラバー混合物が、水、溶解したクエン酸、固体クエン酸、及びｐＨ指示薬からなる請求項３０に記載の方法。
【請求項３７】
排ガスから有毒ガスを除去するためのスクラバーアセンブリであって、少なくとも１つのスクラバーユニットを備え、前記少なくとも１つのスクラバーユニットは、スクラバー槽とスクラバー注入口とスクラバー排出口とを備えており、前記スクラバー槽はスクラバー混合物を収容しており、前記スクラバー混合物は液体成分と固体成分とからなり、前記液体成分は有機酸の水溶液を含み、かつ前記固体成分は有機酸を含むスクラバーアセンブリ。
【請求項３８】
前記液体成分は、前記スクラバー混合物の約５体積％〜約９９．９体積％を構成する請求項３７に記載のスクラバーアセンブリ。
【請求項３９】
前記液体成分は、前記スクラバー混合物の約１０体積％〜約９９体積％を構成する請求項３７に記載のスクラバーアセンブリ。
【請求項４０】
前記液体成分は、前記スクラバー混合物の約５０体積％〜約９５体積％を構成する請求項３７に記載のスクラバーアセンブリ。
【請求項４１】
前記固体成分は、前記スクラバー混合物の約０．１体積％〜約９５体積％を構成する請求項３７に記載のスクラバーアセンブリ。
【請求項４２】
少なくとも１つの指示薬タンクをさらに備え、前記少なくとも１つの指示薬タンクは、少なくとも１つのスクラバーアセンブリのうちの１つに直列に連結され、前記少なくとも１つの指示薬タンクは指示混合物を収容している請求項３７に記載のスクラバーアセンブリ。
【請求項４３】
前記スクラバー混合物のｐＨ、または前記指示混合物のｐＨを監視するための、少なくとも１つのｐＨ監視ユニットをさらに備える請求項４２に記載のスクラバーアセンブリ。
【請求項４４】
前記固体成分が純粋なカルボン酸からなる請求項３７に記載のスクラバーアセンブリ。
【請求項４５】
前記スクラバー混合物が、ｐＨ指示薬をさらに含む請求項３７に記載のスクラバーアセンブリ。
【請求項４６】
少なくとも１つのスクラバーユニットがケージを有し、前記ケージは前記固体成分を収容する請求項３７に記載のスクラバーアセンブリ。
【請求項４７】
少なくとも１つの混合物供給ユニットをさらに備え、前記少なくとも１つの混合物供給ユニットは、スクラバー混合物の少なくとも１つの成分をスクラバー槽に自動的に添加する請求項３７に記載のスクラバーアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
１．本発明の技術分野
本発明は、水溶性ガス及び／またはアルカリ性ガスを除去するための低メンテナンスのスクラバー（排ガス洗浄装置）に関する。本発明はさらに、排気ガス流から有害成分を除去するための高効率酸スクラバーに関する。本発明はまた、有機酸との反応によるアルカリ性ガスの除去にも関する。本発明は、さらに、有害ガスを非有害物質との反応によって除去する方法にも関する。
【０００２】
２．関連技術の背景
多数の化学プロセスにおいて、廃棄ガスが排気流に流入する。副生成物及び過剰反応物質を含む多くの廃棄ガス成分は有毒かつ／または危険であり、残った排気が環境へ放出される前に、除去されなければならない。排気流に流入する危険なガスの２つの例としては、アンモニア（ＮＨ3）及び塩酸（ＨＣｌ）がある。これらのガスは双方とも、ガリウム窒化物（ＧａＮ）及び関連する半導体のハイドライド気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）成長のために使用される。一般的に、アンモニア（ＮＨ3）及び塩酸（ＨＣｌ）の比率は非常に大きく、ＮＨ3／ＨＣｌ＝５００のオーダーである。さらに、ＨＶＰＥ中に使用されるガスの各々の量の総量の一部のみが実際に反応に与かり、大部分は排気流へ流入する。これらの廃棄ガスは有毒かつ腐食性であるので、これらを大気中に放出することは出来ない。したがって、前記廃棄ガスを排気流の無毒な成分から分離しなければならない。また、アンモニア（ＮＨ3）が廃棄ガスの最大量の成分であるので、アンモニア（ＮＨ3）の効率的な除去がスクラバーシステムの最も重大な機能のうちの１つである。
【０００３】
幸運にも、アンモニア及びＨＣｌの双方は水に非常に良好に溶解する。したがって、アンモニア及びＨＣｌを除去する簡易な方法は、排気流を多量の水中に通過させることである。しかしながら、水が廃棄ガスで飽和されるにつれ、ガスが吸収される効率は減少し、長期間の間に、廃棄物が水を通り抜けるのを益々可能にしてしまう。溶解した廃棄ガスによる、ある量の水の飽和は比較的急速に起こることが可能であり、その結果、水を頻繁に交換しなければならない。したがって、相当なメンテナンスが要求され、また、このような廃棄ガスの除去の処理工程における全体効率は低い。
【０００４】
排気流からのアンモニアガスの除去を改善するための従来技術による方法は、水に塩酸あるいは硝酸のような無機酸を添加することを伴う。溶存ガスが酸と反応して不活性な塩類を生成するために、この方法は吸収され得るアルカリ性ガスの量を大幅に増加させる。アルカリ性ガスの溶解度を高めるために、酸は高濃度である必要がある。しかしながら、濃縮無機酸は、職員に対して危険であるとともに、システム構成要素及び他の設備に対して非常に腐食性を有する。加えて、高価かつ困難な処分を必要とする危険な副生成物が生成される。さらに、鉱酸の使用においては、水に添加することが可能であるこれらの酸の量が限られているという固有の不都合を有する。その結果、鉱酸／水混合物を比較的頻繁に交換する必要があり、これは洗浄処理工程の全体的な効率を損ねることになる。
【０００５】
しかしながら、空気からガスを除去するためには、様々なカルボン酸類を含む無機及び有機の双方の固体酸が使用されてきた。例えば、パーロット（Ｐｅｒｒｏｔｔ）らに付与された米国特許第１，５８６，３２７号は、不活性充填材及び酸の粒状混合物から構成された濾過材を提供することにより、空気を呼吸するのに適した空気にする空気の浄化を開示している。このような濾過材は、吸入されるべき空気からアンモニアを除去するための防毒マスクの吸収罐に充填され得る。
【０００６】
キンキード（Ｋｉｎｋｅａｄ）らに付与された米国特許第５，６２６，８２０号は、クリーンルームの空気処理システムで使用するための化学的空気濾過装置を開示している。濾過装置は、不織繊維材のひだ付ウェブを備え、かつ前記ウェブにわたって分配された活性炭粒子を有している。’８２０特許の一例では、活性炭フィルターと組合わせてクエン酸を使用することが開示されている。
【０００７】
（発明の概要）
本発明は、スクラバー混合物を通過させることにより、排気流から水溶性有害廃棄ガスを除去する方法を提供する。該方法は、最小限のメンテナンスを必要とし、職員に危険をほとんどもたらさない。本発明のスクラバー混合物は、好ましくは、水及び無害な有機酸から調製される。排気流をスクラバー混合物中を通過させて、水溶性、かつ／またはアルカリ性ガス（例えばアンモニア）を除去する。固体酸の使用により、水あるいは水溶液単体と比較して、スクラバー混合物の所与の体積に溶解され得るガス量を大幅に増加させ、スクラバーの処理能力及び効率を改善する。スクラバー混合物の処理能力が増加することにより、スクラバーに必要とされるメンテナンスの回数も低減される。本発明の実用のための具体例としての酸はクエン酸である。クエン酸は無害であり、比較的皮膚を刺激しないこと、また実験室設備を著しく侵食しないという長所を有する。したがって、無機鉱酸を使用する従来技術と比較して、洗浄操作における危険性を極めて低減させる。加えて、クエン酸は安価であり、低コストのスクラバーシステムを提供する。さらに、クエン酸のアンモニアとの反応の副生成物であるクエン酸アンモニウムは、クエン酸と他の多くの廃棄ガスとの反応の副生成物の場合と同様に良性である。
【０００８】
本発明の一態様によれば、スクラバー混合物の成分として固体酸を使用することにより、スクラバー混合物の所与の体積の処理能力を増大させる。固体酸は、スクラバー混合物の水の所与の体積において可溶な量より大幅に過剰な（大）量で、スクラバーに添加され得る。スクラバー槽内に固体の沈積物として存在する未溶解の酸は、スクラバー混合物の液体成分に対する補給用の酸の好適な供給源として作用する。したがって、アルカリ性廃棄ガスがスクラバー混合物中を通過して、溶解している酸と反応すると、酸の固体部分のうちの一部が溶解し、それにより溶解している酸の濃度を維持する。本発明によれば、スクラバー混合物の寿命は、スクラバー中に存在する固体酸の総量によってのみ制限されている。よって、本発明のシステムは、スクラバーの寿命が水中に可溶な酸の量によってより厳しく制限されている、従来技術における無機酸の使用に関する改良を提供する。
【０００９】
本発明の別の態様においては、スクラバー中の混合物が交換されなければならないことを表示するための方法が提供される。フェノールフタレインのようなｐＨ指示薬が、上記の酸／水混合物に添加され得る。スクラバーが使用可能である場合、混合物は酸性であり、フェノールフタレインの溶液は無色である。しかしながら、酸が消耗されると、スクラバー混合物の液体成分は鮮明な赤紫色になる。スクラバー混合物中にｐＨ指示薬を含有させることにより、スクラバーの状態を判定するための簡易で安価、かつ安全な方法を提供する。
【００１０】
本発明の別の態様においては、単一の排気流から不同量の酸性及びアルカリ性の水溶性ガスを除去するために単一のスクラバーを使用する方法が提供される。ある処理工程においては、酸性ガス及びアルカリ性ガスの双方が排気に流入するであろう。例えば、ガリウム窒化物のＨＶＰＥ堆積中においては、塩酸及びアンモニアのガスが処理工程の異なる工程の間に使用される。全体として、塩酸よりはるかに大量のアンモニアが排気流に侵入する。排気流を絶えず上記の酸／スクラバー混合物に通過させることによって、双方のガスを効率的に単一の処理工程において除去することが可能である。排気中にアンモニアが存在する場合には、そのアンモニアは溶液中の酸と反応して、溶液の酸性度を低下させるであろう。排気中に塩酸が存在する場合には、塩酸が効率的に水に溶解することによって、スクラバー混合物の液体成分の酸性度を増加させるであろう。このシステムの１つの利点は、２つの処理工程が溶液のｐＨを反対方向に変化させることにより、スクラバーの処理能力が増大させられることである。この場合、スクラバー溶液の寿命は、ある程度、２つのガス（ＨＣｌとアンモニア）の体積の不均衡によって決定されるだろう。アルカリ性ガスが過剰に存在する場合（ガリウム窒化物のＨＶＰＥの場合）、スクラバーの寿命は、スクラバー混合物中にクエン酸のような固体酸を存在させることによって、大幅に増大させられるだろう。
【００１１】
本発明の付加的な態様においては、反応装置排気流から酸性ガスを除去するための塩基スクラバーシステムが、有機酸スクラバーと共に使用される。塩基スクラバーは、有機酸スクラバーと並列に接続されるか、または反応室及び有機酸スクラバーと直列に接続される。好ましい塩基スクラバーは、水と、ＣａＣＯ3、ＣａＯＨ、ＭｇＣＯ3、ＭｇＯＨ、ＮａＣＯ3、ＮａＨＣＯ3、ＫＣＯ3及びＫＨＣＯ3のようなアルカリ塩とを備える。
【００１２】
上記の観点から、本発明の目的は、ガス媒質から廃棄ガスを効率的に除去するためのスクラバーアセンブリを提供することにある。
本発明の１つの特徴は、少なくとも１つのスクラバーユニットを有するスクラバーアセンブリを提供することである。本発明の別の特徴は、少なくとも１つのスクラバーユニットに連結された、少なくとも１つの指示薬タンクを有するスクラバーアセンブリを提供することである。本発明の別の特徴は、酸の水溶液及び固体酸を含むスクラバー混合物を提供することである。本発明の別の特徴は、液相及び固相を有するスクラバー混合物を介してガス流を通過させることにより、廃棄ガスを除去する方法を提供することである。
【００１３】
本発明の１つの利点は、スクラバーアセンブリの稼動中において、スクラバー混合物の少なくとも１つの成分が添加されるか、または除去され得るスクラバーアセンブリを操作するための方法を提供することである。本発明の別の利点は、有毒ガスの不注意な放出に対して保護するために、ｐＨ監視ユニットを有するスクラバーアセンブリを提供することである。本発明の別の利点は、職員及び設備の双方に対して良性であるスクラバー混合物を介してガス流を通過させることにより廃棄ガスを除去する方法を提供することである。本発明の別の利点は、スクラバーアセンブリの稼動の間に、少なくとも１つのスクラバー混合物成分をスクラバー混合物へ自動的に添加するか、または少なくとも１つのスクラバー混合物成分をスクラバー混合物から自動的に除去するのに適したスクラバーアセンブリを提供することである。
【００１４】
これら及び他の目的、利点及び特徴は、スクラバー槽、スクラバー注入口、及びスクラバー排出口を備える少なくとも１つのスクラバーユニットを有する、排気流から有毒ガスを除去するためのスクラバーアセンブリを設けることにより達成される。前記スクラバー槽は、液体成分及び固体成分を有するスクラバー混合物を収容しており、前記液体成分は有機酸の水溶液を含み、固体成分は有機酸である。
【００１５】
これら及び他の目的、利点及び特徴は、スクラバー槽、スクラバー注入口及びスクラバー排出口を有する少なくとも１つのスクラバーユニットを備えるスクラバーアセンブリと、少なくとも１つのスクラバー槽内に収容されているスクラバー混合物とを有し、前記スクラバー混合物は水及び有機酸からなる、ガス生成及び除去システムを提供することにより達成される。
【００１６】
これら及び他の目的、利点及び特徴は、ａ）スクラバーアセンブリを準備する工程と、該スクラバーアセンブリはスクラバー混合物を収容しているスクラバー槽を有する少なくとも１つのスクラバーユニットを備えていることと、スクラバー槽はスクラバー注入口を有することと、ｂ）スクラバー注入口をガス流に接続する工程と、ｃ）ガス流をスクラバー混合物を介して通過させて、洗浄されたガス流を提供する工程と、前記スクラバー混合物は水及び有機酸を含んでいることと、ｄ）スクラバー混合物のｐＨを監視する工程とからなる、スクラバーアセンブリを稼動する方法を提供することによって達成される。
【００１７】
本発明のこれら及び他の目的、利点及び特徴は、一部は以下の記載において示され、また一部は以下の検討によって当業者には明らかとなるか、または本発明の実施から学ばれ得る。本発明の利点は、添付の請求項で特に指摘されるように実現・達成され得る。
【００１８】
（発明の詳細な説明）
図面を参照すると、図１は、本発明のスクラバーアセンブリ１６を備えるガス流生成及び除去システム１０を概略的に表す。システム１０は、ガスが供給源ユニット１２から反応装置１４へ通過するのを許容するように反応装置１４に連結された、少なくとも１つのガス供給源ユニット１２を備えている。反応装置１４は、少なくとも１つの化学反応を行うのに適している。例として、反応装置１４は、Ｇａの気相を生成するための成長チャンバ１５、及びＧａ供給源９を備えている。ここでは、反応装置は、ハイドライド気相堆積によって、基板上にＧａＮの堆積させることに適している。このようなＨＶＰＥ反応装置の稼動中に、アンモニア及びＨＣｌの反応物の大部分は、未反応で反応装置１４を通過する。いかなる場合も、排気流５（矢印によって示されている）は反応装置排出口１４ｂから発出する。排気流５は、一般的に、供給源ユニット１２からの反応副生成物及び未反応ガスを含む様々な成分を含んでいる。排気流５はスクラバーアセンブリ１６に向かって通過する。スクラバーアセンブリ１６は、排出口１４ｂによって反応装置１４と連通している。スクラバーアセンブリ１６は、少なくとも１つのスクラバーユニット１８を有している。以下に十分説明するように、排気流５は、少なくとも１つのスクラバーユニット１８内を通過する。スクラバーアセンブリ１６は、さらにシステム１０の稼動状況、特にスクラバーユニット１８の状況を示すために、少なくとも１つの指示薬タンク２４’’（図４）を備えてもよい。
【００１９】
図２Ａは、本発明の一実施形態による、スクラバーユニットｌ８ａを概略的に表す。スクラバーユニット１８ａは、スクラバー注入口２０、スクラバー排出口２２、及びスクラバー槽２４を有している。スクラバー槽２４は、スクラバー混合物ユニット２６を備えている。例えば、反応装置１４からのガス流（矢印）は、スクラバー注入口２０を介して混合物ユニット２６内に導入される。ガス流５からのガスは、水溶性ガス及び／またはアルカリ性ガスが混合物ユニット２６内に保持されるように、混合物ユニット２６内を通過する。ガス流５の水溶性ガス及び／またはアルカリ性ガス成分は、混合物ユニット２６の成分と反応するか、または同成分に溶解することによって保持される。
【００２０】
スクラバー混合物ユニット２６は、好ましくは、混合物液体ユニット２８と混合物固体ユニット３０との双方を有する。本発明によれば、混合物固体ユニット３０は、固体の有機酸を含んでいる。また、混合物液体ユニット２８は、一般的に、混合物固体ユニット３０の酸成分の水溶液を含んでいる。好ましくは、混合物液体ユニット２８は混合物固体ユニット３０の酸の飽和溶液、またはほぼ飽和した溶液を含んでいる。スクラバー混合物２６は、少なくとも１体積％の水を含んでいる。スクラバーユニット１８ａは、さらにｐＨ監視ユニット３２も備え得る。監視ユニット３２は、液体ユニット２８に接していてもよい。例えば、監視ユニット３２は、当業界で公知である様々な種類のｐＨ計を備え得、その場合、電極は液体ユニット２８と接している。これに代わって、本発明の現在の好ましい実施形態によれば、監視ユニット３２は、液体ユニット２８のｐＨ値の定義された変化に応じて、予想可能であるように変色するｐＨ指示薬の形態で、液体ユニット２８中に分散され得る。典型的なｐＨ指示薬はフェノールフタレインである。フェノールフタレインのようなｐＨ指示薬の好ましい濃度は、約１０〜１００ｐｐｍの範囲にある。
【００２１】
混合物液体ユニット２８は、水、及び水中に溶解した有機酸を含んでいる。混合物液体ユニット２８は、さらにフェノールフタレインのようなｐＨ指示薬も含み得る。混合物固体ユニット３０は有機酸を有する。好ましくは、混合物固体ユニット３０の有機酸は、自然発生するカルボン酸を含む。自然発生カルボン酸は、職員並びにシステム構成要素及び設備に対して良性であるか、または無害である傾向を有する。有機酸の例としては、クエン酸、酒石酸、シュウ酸及び酢酸がある。混合物固体ユニット３０の現在の好ましい有機酸はクエン酸である。しかしながら、スクラバーユニット１８’の作動温度において固体である他のカルボン酸も使用され得る。様々な他の自然発生カルボン酸は、当業において公知である。
【００２２】
液体ユニット２８は混合物２６の液体成分を構成し、固体ユニット３０は混合物２６の固体成分を構成している。スクラバー混合物の液体成分は、好ましくは、スクラバー混合物の約５体積％〜約９９．９体積を構成し、より好ましくは、スクラバー混合物の約１０体積％〜ら約９９体積％を構成し、最も好ましくは、スクラバー混合物の約５０体積％〜約９５体積％を構成する。好ましくは、固体成分は、スクラバー混合物の約０．１体積％〜約９５体積％に相当する。
【００２３】
混合物固体ユニット３０は槽２４に導入され、混合物ユニット２６の大部分より下方に沈積物として沈降させられ得る。これに代わって、固体ユニット３０は、槽２４内への導入される前、または導入された後に、ケージ（示されていない）または他の構造物の上、またはそれらの中に保持されてもよい。ケージまたは他の構造物は、液体ユニット２８が固体ユニット３０に自由に接触することを許容する。
【００２４】
混合物ユニット２６の成分として固体酸を使用することにより、液体の酸と比較して、アルカリ性ガスを除去する処理能力は大幅に増大する。固体酸、例えばクエン酸は、液体ユニット２８の水の体積に可溶な量をはるかに超過した過剰量にて、スクラバー槽２４に添加され得る。アルカリ性廃棄ガスが液体ユニット２８内を通過して、溶液中の酸と反応すると、アルカリ性ガスとの反応によって消費された酸と置き換わるように、固体ユニット３０の酸の一部が液体ユニット２８の水に溶解する。このように、より多くの排気流が液体ユニット２８を通過するにつれ、酸の飽和溶液は長時間にわたって維持され得る。バッチモード、すなわち非連続的に稼動されたスクラバーユニット（例えば１８ａ）の寿命は、混合物ユニット２６中に存在するクエン酸の総量によってのみ制限される。これに反して、従来技術のシステム及び処理工程は、より厳しく、すなわちスクラバー混合物の水に可溶な酸の量によって制限されている。
【００２５】
図２Ｂは、本発明の別の実施形態による、スクラバーユニット１８ｂを示している。スクラバーユニット１８ｂは、スクラバーユニット１８ａ（図２Ａ）と同様、またはほぼ同様の構成要素を備え得る。スクラバーユニット１８ｂは、一般的には混合物ユニット２６、詳細には液体ユニット２８を攪拌するための、攪拌すなわち混合ユニット３３をさらに有する。例として、混合ユニット３３は、当業において周知である、インペラ、磁気撹拌棒のようなインペラに磁気的に連結されたインペラと攪拌ホットプレート、または同様の装置の形態であり、液体ユニット２８内の溶質のほぼ均一な分散を維持する役目を果たし得る。液体ユニット２８の混合はまた、液体ユニット２８内におけるガス気泡５ｂの保持を促進し得る。
【００２６】
スクラバーユニット１８ｂは、混合物供給ユニット３４をさらに有し得る。混合物ユニット２６の成分は、混合物ユニット２６中のこのような成分の特定の体積、量または濃度を維持するために、供給ユニット３４から槽２４に供給され得る。一実施形態によれば、スクラバーユニット１８ｂの稼動中に、供給ユニット３４は、混合物ユニット２６に固体ユニット３０の追加量を導入するのに適している。スクラバーユニット１８ｂが稼動している間に、混合物ユニット２６へ固体酸を追加することにより、スクラバーユニット１８ａが稼動可能である時間の長さを本質的に増加させることが可能である。
【００２７】
図３は、本発明の別の実施形態による、スクラバーユニット１８ｃを表す。スクラバーユニット１８ａ（図２Ａ）と同様の、またはほぼ同様の構成要素を備え得る。スクラバーユニット１８ｃは、沈積物３０’’の形態で槽２４内に配置された固体酸の供給の補充に特に適した、混合物供給ユニット３４をさらに備えてもよい。混合物供給ユニット３４は、供給物貯蔵器３６と、供給物放出口末端３８’を有する供給物放出口３８とを備える。供給物貯蔵器３６は貯蔵酸３０’を収容している。供給物放出口３８は、スクラバー槽２４の底部２４’から上方に所定の高さｈにおいて末端３８が終結するように配置され得る。供給物貯蔵器３６は、供給物放出口３８を介して固体酸の沈積物３０’’と連絡している。一実施形態によれば、ｈの値を変更するために供給物放出口３８を上昇させてもよいし、下降させてもよい。
【００２８】
本発明の一実施形態によると、放出口３８の末端３８’は、固体酸沈積物３０”によって、少なくとも部分的に閉塞されており、前記固体酸沈積物３０”は、放出口末端３８’の近傍の槽２４の底部２４’上に沈積されている。アルカリ性ガスとの反応によって溶液から除去された酸を補充するために、沈積物３０”が溶解し始めると、放出口末端３８’は沈積物３０”から解放され、それにより、さらなる量の貯蔵所酸３０’が供給物貯蔵器３６からスクラバー槽２４の底部２４’に移送されることを可能にする。このように、固体クエン酸または他の酸の供給は、スクラバー槽２４内において自動的に維持され得る。このように、スクラバーユニット１８ｃの寿命は非常に延長され得、かつ、メンテナンスは減少する。
【００２９】
本発明の別の実施形態によると、様々な他の方法によって、酸は酸貯蔵器（示されていない）からスクラバー槽に添加され得る。このような添加は、スクラバーユニット１８ｃの稼動中に、監視ユニット３２によって監視されているスクラバー混合物のｐＨ読取り値に応じて構成されるか、またはプログラムされることが可能である。
【００３０】
さらに、液体ユニット２８の成分を添加するために、ユニット１８ｃは、槽２４と連通している液体注入口ユニット４０を備えてもよい。例えば、ユニット４０によって水が槽２４に添加され得る。同様に、ユニット１８ｃは、液体ユニット２８の成分の規則正しい除去または回収のための液体排出口ユニット４２を備えてもよい。ユニット１８ｃは、最低限の休止時間及びメンテナンスを有して、排気流から有毒な排ガスを除去するための連続（つまり、非バッチ式）処理工程で稼動され得る。
【００３１】
図４は、スクラバーアセンブリ１６を概略的に表している。前記スクラバーアセンブリ１６において、本発明の別の実施形態によると、複数のスクラバーユニット１８，１８’は、互いに直列に接続されている。本発明の代替の実施形態によれば、末端（下流）ユニット（例えば、ユニット１８”）は、スクラバーユニットである、つまりユニット１８及びユニット１８’と類似しており、かつスクラバー混合物ユニット２６を有するか、あるいは、ユニット１８”は指示薬ユニットとして働き、槽２４’は指示薬タンクとして働き得る。後者の場合、指示薬タンク２４”は、スクラバー混合物２６の代わりに、指示混合物（例えば、水とｐＨ指示薬）を収容している。
【００３２】
現在の好ましい実施形態によると、アセンブリ１６は、合計２個のスクラバーユニット１８，１８’及び指示薬タンクユニット１８を有し、槽２４，２４’，２４’’の容積は下流の方角（矢印）において連続的に減少している。ガス流は、例えば耐酸性プラスチック管が使用され得る適当な導管または配管によって、槽２４，２４’，２４’’へ、またそれらの間を通過させられ得る。
【００３３】
スクラバーユニット、例えばユニット１８の他の個数及び配置が予想され、それは本発明の範囲内であることが理解されるべきである。更に、スクラバーユニット１８，１８’（１８’’）の各々は、スクラバーユニット１８ａ，１８ｂまたは１８ｃなどの、図２Ａ，２Ｂ及び図３を参照して上述されたスクラバーユニットの任意の実施形態を表し得る。
【００３４】
槽２４，２４’，２４’’の寸法は、アセンブリ１６のために特に意図した用途に応じて決定され得る。さらに、スクラバーユニット１８，１８’の寸法、及びそれらの各々のスクラバー槽２４，２４’の寸法は、少なくともある程度までは、設計上の選択の問題であり得る。しかしながら、現在の好ましい実施形態によると、槽２４，２４’，２４”は、好ましくは、それぞれ約１０〜４０リットル、５〜２０リットル及び０．５〜５リットルの範囲にある容積を有する。混合物（槽２４，２４’内のスクラバー混合物２６、槽２４’’内のスクラバー混合物２６または指示混合物２８）の体積は、好ましくは、各槽（２４，２４’，２４’’）の総容積の約５〜９９％の範囲にあり、より好ましくは各槽の総容積の約３０〜９５％の範囲、最も好ましくは、各槽の総容積の約６０〜９０％の範囲にある。以下の例１において、複数のスクラバーユニット（例えば１８，１８’）と、１つの指示薬タンク２４’’とを有するスクラバーアセンブリ１６の特定の例を説明する。
【００３５】
図５は、有機酸スクラバー９７と反応装置との間に直列に連結されている、反応装置排気流９３から酸を除去するための塩基スクラバー９５と共に、上述した有機酸スクラバー９７を使用する反応システムの単純化された模型を示している。また、塩基スクラバーを矢印９８によって図示されるように有機酸スクラバーと並列に連結させてもよく、さらに、いくつかの塩基スクラバーを共に直列に連結させることも可能である（図示せず）。好ましい塩基スクラバーは、水と、ＣａＣＯ3、ＣａＯＨ、ＭｇＣＯ3、ＭｇＯＨ、ＮａＣＯ3、ＮａＨＣＯ3、ＫＣＯ3及びＫＨＣＯ3のようなアルカリ塩を有している。塩基スクラバーは、好ましくは、化学薬品配送システム、化学薬品濃度試験システムまたは指示薬、及び混合システムを有する有機酸スクラバーのための上記した稼動上の特徴及び実施形態のすべてを備える。
【００３６】
図６は、本発明の別の実施形態による、ガス流から少なくとも１つの成分を除去する方法に含まれる一連の工程を概略的に示している。この場合、工程５０はスクラバーアセンブリを準備することを含んでいる。工程５０で準備されるスクラバーアセンブリは、図２Ａ，２Ｂ及び図３を参照して説明したもののような、少なくとも１つのスクラバーユニットを有している。スクラバーユニットは、上述したタイプのスクラバー混合物を収容している。好ましくは、スクラバー混合物は、液相及び固相を備える。スクラバーユニットは、スクラバー槽及びスクラバー注入口ユニットを有する。スクラバーアセンブリは、少なくとも１つのスクラバーユニットと連通している、少なくとも１つの指示薬タンクをさらに備えてもよい。
【００３７】
工程５２は、スクラバー槽をスクラバー注入口ユニットを介して、ガス流の供給源に連結させる。例えば、スクラバー注入口ユニットは、反応装置（例えば反応装置１４（図１））の排出口に連結され得る。工程５４は、少なくとも１つのスクラバーユニットのスクラバー混合物内にガス流のガスを通過させる。詳細には、ガスはスクラバー混合物の液相を通過させられる。
【００３８】
好ましくは、スクラバー混合物の液相は有機酸の水溶液であり、スクラバー混合物の固相は固体状態の同一の有機酸である。好ましくは、液相はクエン酸の水溶液である。また、固相はクエン酸の固体沈積物である。
【００３９】
スクラバー混合物の成分として使用され得る他のカルボン酸は、好ましくは、スクラバーアセンブリの作動温度においては固体である。
少なくとも１つのスクラバーユニット内をガス流が通過した後、有毒ガスはガス流から大部分、または完全に除去され得、生じた洗浄済みガス流は排気されてもよいし、あるいは少なくとも１つの指示薬タンクに収容されている指示混合物内へ送られてもよい。一実施形態によれば、指示混合物は、フェノールフタレインのような変色指示薬の水溶液である。
【００４０】
図６は、本発明の別の実施形態による、スクラバーアセンブリを稼動する方法に含まれる一連の工程を概略的に示す。図６の工程６０，６２，６４は、図５に関して上述された工程５０，５２，５４と類似している。工程６６は、スクラバー混合物（例えば図２Ａのユニット２６）のｐＨを監視することを含む。スクラバー混合物のｐＨを監視することに代えて、または、これに加えて、現在の好ましい実施形態によると、工程６６は、指示薬タンク（図４のユニット２４’’）内のスクラバー混合物のｐＨを監視することを含み得る。
【００４１】
スクラバー混合物のｐＨの監視は、ｐＨ計、またはｐＨ指示薬（双方とも当業では公知）のいずれかによって、連続的または周期的に行われ得る。後者の場合、ｐＨ指示薬、例えば、フェノールフタレインは、その成分としてスクラバー混合物または指示混合物内に分散され得る。スクラバーユニットの通常運転中においては、スクラバー混合物の液相のｐＨはｐＨ８．３以下に留まるであろう。ｐＨ指示薬としてフェノールフタレインを使用すると、ｐＨが８．３未満である間は、スクラバー混合物の液相は無色のままである。しかしながら、固体酸（例えば図２Ａの固体ユニット３０）の供給が枯渇すると、例えば、アンモニアとの反応により、スクラバー混合物は、スクラバー混合物のｐＨを増加させることなく、付加的なアンモニアを吸収、または溶解することは可能でない。これらの状況下では、スクラバー混合物のｐＨは上昇するだろう。ｐＨが８．３を越えて上昇することにより、フェノールフタレインは無色から鮮明な紫色に変化する。その結果、この変色は、スクラバーユニットのメンテナンスが必要であること、例えば、スクラバー混合物に追加されるさらなる量の酸が必要であることを示す。スクラバー混合物のｐＨの監視は、スクラバーアセンブリの稼動効率を非常に向上する。指示混合物のｐＨの監視は、スクラバーアセンブリから有害廃棄ガスを不注意に発生させることに対する一層の安全装置としての役割を果たす。
【００４２】
さらなる工程、すなわち工程６８において、スクラバー混合物の少なくとも一部分がスクラバー槽から、例えば、液体排出口ユニット４２（図３）を介して、除去され得る。工程７０において、スクラバー混合物の任意の単一成分、または全成分が、スクラバー槽に追加され得る。例えば、水、酸水溶液、ｐＨ指示薬、または固体有機酸が追加され得る。このような成分は、例えば、液体注入口ユニット（図３のユニット４０）、または供給ユニット（図３のユニット３４）によって、スクラバー槽に追加され得る。
【００４３】
このようなスクラバー混合物への様々な成分の添加は、固相（例えば図３の沈積物３０’’）の消耗に応じて、または監視しているスクラバー混合物のｐＨの変化に応じて、行われ得る。スクラバー槽へのスクラバー混合物成分の適切な添加は、スクラバーアセンブリの全体的な稼動効率を増加させる役目を果たす。
【００４４】
例１
反応装置からの排気流中に存在し得る有毒ガス（例えば、アンモニアガス及び／または塩酸ガス）は、排気システムを介して反応装置から発出する。排気流は、直列に連結された２つの槽（例えば、２４，２４’）を介して連続して案内される。各槽は、水、クエン酸及びフェノールフタレインのスクラバー混合物を収容している。第１の槽（例えば２４、図４）は。約１９リットル（５ガロン）の容積を有しており、１６リットルの水、１１キログラム（２５ポンド）のクエン酸、及び０．１グラムのフェノールフタレインを収容している。第２のタンク（図４の２４’）は、約９．５リットル（２．５ガロン）の容積を有して、８リットルの水、２キログラム（５ポンド）のクエン酸、及び０．１グラムのフェノールフタレインを収容している。
【００４５】
ガスは、各槽（２４，２４’）内のスクラバー混合物の液体を介して（上方に）気泡となって、スクラバーガス排出口（例えば図２Ａ，２Ｂのユニット２２）を介して退出する。ガス流がスクラバー混合物を通過すると、アンモニアまたは塩酸が水に溶解する。これらの２つのガスの水に対する溶解度が高いために、排気流がスクラバー槽を退出する時には、アンモニアまたはＨＣｌは、事実上、排気流に残っていない。第１及び第２のスクラバー槽を通過した後、排気流は指示薬タンクまたは槽を通過する。指示薬槽はスクラバー混合物を含まない。代わりに、指示薬槽は、指示混合物、例えば５００ミリリットルの水、及び０．１グラムのフェノールフタレインを収容している。この場合、指示混合物は、指示薬槽の内容物におけるｐＨ変化の敏感な指示薬である。次に、指示薬槽の内容物の望ましくないｐＨ変化は、スクラバーアセンブリのメンテナンスが必要であることを示す。
【００４６】
上記の実施形態は単なる例に過ぎず、本発明の制限として解釈されるべきではない。本教示は、他の型式の装置及び方法に適用されてもよい。本発明の記載は、実例となるよう意図されており、添付された請求の範囲を制限するものではない。当業者には、多くの代替、変更及び別例が明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による、ガス流の生成及び除去システムを表す概略図。
【図２Ａ】  本発明の一実施形態による、スクラバーアセンブリを表す概略図。
【図２Ｂ】  本発明の別の実施形態による、スクラバーアセンブリを表す概略図。
【図３】  本発明のさらに別の実施形態による、スクラバーアセンブリを表す概略図。
【図４】  本発明の別の実施形態による、複数のスクラバー槽を備えるスクラバーアセンブリを表す概略図。
【図５】  本発明の別の実施形態による、ガス流から少なくとも１つの成分を除去する方法に含まれる一連の工程を示す概略図。
【図６】  本発明の別の実施形態による、ガス流から少なくとも１つの成分を除去する方法に含まれる一連の工程を示す概略図。
【図７】  本発明の別の実施形態による、スクラバーアセンブリを稼動させる方法に含まれる一連の工程を示す概略図。
【図１】
0004557434.tif 000002
【図２Ａ】
0004557434.tif 000003
【図２Ｂ】
0004557434.tif 000004
【図３】
0004557434.tif 000005
【図４】
0004557434.tif 000006
【図５】
0004557434.tif 000007
【図６】
0004557434.tif 000008
【図７】
0004557434.tif 000009