(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルキルシラン基を有する有機シリコンを含有する排気ガスを高温酸化処理する工程と高温酸化処理後の排気ガスと高温酸化処理前の排気ガスとの間で熱交換処理する工程を含む排気ガス処理方法であって、前記熱交換処理に使用される熱交換器としてステンレス製の伝熱面を有する平板平面流式熱交換器を使用し、前記高温酸化処理において平板平面流式熱交換器放熱側伝熱面に付着した有機シリコンの酸化物である実質的に二酸化珪素を主成分とする堆積物を水洗浄により除去する工程を含むことを特徴とする排気ガス処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機シリコンを含有する排気ガスを高温酸化して処理する方法の改良技術に関するものであり、特に、半導体製造や液晶製造における有機シリコン含有排気ガスの高温酸化処理に好適に適用し得るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、一般的に、可燃性有害物質を含む有害ガスを浄化する処理方法として、高温酸化処理方法すなわち燃焼法が広く使用されてきた。
【０００３】
かかる一般的な高温酸化処理方法は、例えば、図−１に示すフローの通りであり、有害ガスはブロワー１を介して熱交換器２の受熱側に送られ処理後の高温排気ガスから間接的に熱を回収し、さらにヒーターであるバーナー３により所定の温度まで昇温され、高温の反応部４にて可燃性有害物質は酸化分解され、処理後の高温排気ガスは、熱交換器２の放熱側に通気され、大気へ放出される。
【０００４】
上記において、一般的には酸化分解時の温度は７５０℃以上に設定されるので、有害ガス中の有害物が酸化されやすい化合物であったり、酸化すべき有害物の濃度が薄い場合等には、有害物が完全に酸化排出されることとなり、熱交換器２の放熱側での目詰まりは通常生じることはなく、従来、熱交換器の放熱側の目詰まり対策としては、特に何もなされていなかった。
【０００５】
しかしながら、半導体製造工程や液晶製造工程に生じる有機排気ガスの一部には、例えば有機シリコンの一種であるヘキサメチルジシラザン等を比較的多く含む場合があり、かかる場合に、上記の従来の図−１に示されるフローにより高温酸化処理した際には、熱交換器２の放熱側伝熱面に固形物が多量に付着・堆積し、極めて短時間に熱交換器が目詰まりし、処理風量が低下するため、充分な処理がなされないという問題を生じていた。
【０００６】
また、上記において、ヒーターとしてバーナーを使用している場合には、この排気ガスと接触するバーナー金属部にも固形物が多量に付着・堆積することにより、バーナーが失火し不完全燃焼が発生するなど、危険な状態に陥るという問題も生じていた。
【０００７】
さらに、熱交換器の伝熱面やバーナーに付着した固形物を完全に取り除くことは容易ではなく、最悪の場合には、熱交換器さらにはバーナーの交換を実施する必要があり、かかる場合には多大な費用を要することとなっていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような問題点を解決することを目的とするものであり、酸化され難い有機シリコンを比較的多く含む排気ガスを高温酸化分解処理する場合にも、目詰まりや不完全燃焼を生じず、多大な補修費用を必要としない排気ガス処理方法を提供するものである。
【０００９】
本発明者らは、有機シリコンを含有する排気ガスの高温酸化処理時に発生する堆積物を容易に除去する方法に関して検討するに際して、まず、かかる堆積物を化学分析した結果、堆積物が多少の煤等を含むものの、実質的には二酸化珪素を主要成分とするものであることを見い出した。
【００１０】
さらに、本発明者らは、上記の二酸化珪素を主成分とする堆積物を剥離除去する方法に関して、鋭意検討した結果、本来水とは相溶性を有しない二酸化珪素の堆積物に水を散水すると、驚いたことに、水が堆積物の中に浸透し堆積物の形状を崩すと共に、水がステンレス等の金属と堆積物との間に浸透することにより堆積物を容易に剥離させることを見い出した。
【００１１】
本発明者らは、上記知見を基に、さらに検討を重ねた結果、本発明に到達したものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、有機シリコンを含有する排気ガスを高温酸化処理する工程を含む排気ガス処理方法であって、前記高温酸化処理において生成された有機シリコンの酸化物を主成分とする堆積物を水洗浄により除去する工程を含む排気ガス処理方法を提供するものである。
【００１３】
本発明の排気ガス処理方法の好ましい実施態様は、高温酸化処理後の排気ガスと高温酸化処理前の排気ガスとの間で熱交換処理する工程とを含むものである。
【００１４】
本発明の排気ガス処理方法の好ましい実施態様は、前記有機シリコンが、アルキルシラン基を有する有機シリコンである。
【００１５】
本発明の排気ガス処理方法の好ましい実施態様は、前記有機シリコンの酸化物が、実質的に二酸化珪素である。
【００１６】
【発明の実施形態】
本発明の排気ガス処理方法は、有機シリコンを含有する排気ガスであれば、いかなる排気ガスにも適用し得るものであり、例えば、数千ｐｐｍ以下の濃度のアルコール類、ケトン類、脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素類等の有機溶剤を含有する排気ガス等に好適に適用することができる。
【００１７】
なお、上記の排気ガスとは、各種工場の排気系統から排出されるいわゆる排気ガスに限定されるものではなく、例えば、低濃度の有機溶剤を含有する排気ガスを吸着式濃縮装置で処理することにより得られる濃縮ガス等は当然のこととして、いわゆる排気ガスとは称されないガスをも含むものである。
【００１８】
上記の吸着式濃縮装置は、例えば図−３に示される通りであり、低濃度の有機溶剤を含む排気ガスは、連続回転するハニカム状吸着体の吸着部に通気され、浄化されると共に、吸着体の脱着部に通気される少量高温の脱着空気により、吸着体に吸着された有機溶剤は脱着される。これにより吸着体は連続再生され、有機溶剤を含有する濃縮ガスが吸着式濃縮装置から取り出される。ヘキサメチルジシラザン、またはその分解生成物であるトリメチルシラノール等の比較的沸点の低い有機シリコンは、この吸着式濃縮装置ににより濃縮される。すなわち、濃縮ガス中に比較的高い濃度で存在し、この濃縮ガスを高温酸化処理方法で処理した際には、二酸化珪素を主体とする有機シリコン酸化物である堆積物を多量に生成する場合が多く、かかる場合には、本発明の排気ガスの処理方法は優れた効果を発揮することとなる。
【００１９】
本発明の排気ガス処理方法は、排気ガス中に含まれる有機シリコンが、アルキルシラン基を有する有機シリコンである場合にはより好適に適用することができる。
【００２０】
なお、ここでいうアルキルシラン基を有する有機シリコンとは、例えばシロキサン結合、シラザン結合、シラノール結合等を有する有機シリコンを意味する。
【００２１】
また、ヘキサメチルジシラザンやこの加水分解生成物であるトリメチルシラノールは、特に半導体製造工程や液晶製造工程等において用いられ、又は、多量に発生する有機シリコンであり、これらを含む排気ガスを高温酸化処理した際には、熱交換器における目詰まりが顕著に発生し、さらにこれらの有機シリコンは高温酸化処理の前段で排気ガス中から除去することが極めて困難な物質であるが、かかる有機シリコンを含有する排気ガスを処理対象とする場合に、本発明の排気ガス処理方法は特に好適に適用することができる。
【００２２】
本発明の排気ガス処理方法における有機シリコンの酸化物である堆積物は、二酸化珪素を主成分とするものである。
【００２３】
なお、堆積物には、二酸化珪素の他に、不完全燃焼のスス、処理対象の有機シリコン、その化学変化物、その他排気ガス中の各成分等が含まれるが、二酸化珪素を主成分とする限り、本発明を適用し得るものである。
【００２４】
また、上記堆積物の代表的な形状は、微粉粒体が圧縮された固形物であり、かかる堆積物は、各種配管、器具、備品、装置の内壁に付着し、圧縮空気やブラッシングによっては、除去することが困難な場合が多い。
【００２５】
本発明の排気ガス処理方法における高温酸化処理は、特に限定されるものではなく、排気ガスに含まれる有害な有機溶剤を高温下にて酸化分解し無害な排気ガスを得る処理方法であれば、いかなる方法であってもよい。
【００２６】
なお、本発明の排気ガス処理方法においては、高温酸化処理は、高温酸化処理温度すなわち高温度の反応部における温度は７５０℃以上、この反応部での排気ガスの滞留時間は０.５秒以上、好ましくは１.０秒以上の条件により高温酸化処理するのが好ましい。
【００２７】
本発明の排気ガス処理方法における高温酸化処理後の排気ガスと高温酸化処理前の排気ガスとの間で熱交換処理のために使用される熱交換器は、特に限定されるものではなく、例えば、平板平面流式熱交換器（図−４）、多管式熱交換器（図−５）等が好適に用いられる。
【００２８】
なお、本発明においては、熱交換器放熱側伝熱面に付着した堆積物を散水除去し易い構造を有している熱交換器がより好ましく、特に平板平面流式熱交換器は、伝熱面同士の間隔が比較的広く、堆積物を散水除去し易い構造を有しているので、特に好ましい。
【００２９】
上記の熱交換器の伝熱面の材質については、ステンレス製であることが好ましい。ステンレス性であれば、耐熱性に優れるのみならず、散水による腐食を防ぐ効果が高いからである。
【００３０】
本発明の排気ガス処理方法において、有機シリコンの酸化物を主成分とする堆積物を水洗浄する方法は、特に限定されるものではなく、例えばシャワー状の水を散水して、堆積物にかける方法などが好適に用いられる。この方法であれば、熱交換器の放熱側に堆積した堆積物に対してもまんべんなく水を注ぐことが可能である。
【００３１】
以下、図を用いて本発明を詳細に説明する。
【００３２】
図−２には本発明の処理方法を使用したフローの１例が示される。被処理ガスは、ブロワー１を介して熱交換器２の受熱側に送られ、処理後の高温排気ガスから間接的に熱を回収し、さらにヒーターであるバーナー３により所定の温度まで昇温される。高温の反応部４にて可燃性有害物質は酸化分解処理される。処理後の高温排気ガスは、熱交換器２の放熱側へ通気され、大気へ放出される。熱交換器２には、放熱側へ水を散水する散水ライン５が付設されている。また、散水時の洗浄廃水を排出するための排水ライン６が熱交換器放熱側に付設されている。
【００３３】
熱交換器２の放熱側伝熱面に二酸化珪素を主体とする堆積物が付着・堆積し、熱交換器の放熱側に目詰まりが発生し、処理風量が低下し、正常な高温酸化処理が行われなくなった際には、バーナー３による被処理ガスの昇温は停止され、熱交換器は冷却された後、ブロワー１は停止される。その後、散水ライン５から散水が行われ、熱交換器に堆積した二酸化珪素を主体とする固形物は洗い流される。この時に発生する二酸化珪素を主体とする固形物を含む洗浄廃水は、排水ライン６を通して熱交換器の外へと排出される。
【００３４】
【実施例】
（実施例１）
ヘキサメチルジシラザンを約１０ｐｐｍ、イソプロピルアルコールを主体とする有機溶剤を約２０００ｐｐｍ含む毎分２０立方メートルの排気ガスに関して、本発明を使用した図−２のフローシートに従い高温酸化処理を実施した。熱交換器２にはステンレス製の平板平面流式熱交換器を用いた。バーナー３にはＬＰＧを燃料として使用した。反応部４の温度は７５０℃となるように制御した。
【００３５】
１０日間の処理後、処理風量が約１０％程低下した。そこで、バーナー３を停止し、高温酸化処理を中止した。熱交換器は約５時間をかけて約４０℃程度まで冷却された。その後、ブロワー１を停止し、熱交換器２を点検したところ、熱交換器２の伝熱面放熱側に、白色の固形物が多量に付着・堆積している状況が確認された。そこで熱交換器２の放熱側上流から、熱交換器に対して散水ライン５からの散水を行ったところ、熱交換器伝熱面放熱側に付着・堆積していた白色固形物はほぼ完全に剥離除去された。排水ライン６からは、二酸化珪素の白色粉体が多量に分散した廃水が排出された。さらに、バーナー３の排気ガスと接触している金属部にも白色の固形物が付着・堆積している状況が確認されたため、熱交換器と同様に、散水を行ったところ、バーナー金属部に付着・堆積していた白色の固形物はほぼ完全に剥離除去された。その後、ブロワー１およびバーナー３は再起動され、反応部４の温度は定常処理温度の７５０℃まで上昇し、高温酸化処理が再開された。処理風量は、毎分２０立方メートルすなわち処理を開始した当初の風量まで回復した。
【００３６】
熱交換器２およびバーナー３に付着・堆積していた白色の固形物を分析したところ、主成分は二酸化珪素であり、二酸化珪素の比率は９０％以上であることが判明した。
【００３７】
（比較例１）
実施例１と同一の排気ガスに関して、図−１のフローシートに従い高温酸化処理を実施した。熱交換器２、バーナー３及び燃料、反応部４の温度も実施例１と同一にした。
【００３８】
高温酸化処理開始当初の酢酸ブチル除去効率は９９％以上と極めて良好であった。熱交換器２の放熱側の圧力の監視はなされておらず、熱交換器放熱側の目詰まり状況が把握できないため、処理を開始してから約２週間後、バーナー３の失火がたびたび発生し、充分な酸化分解処理が出来なくなった。また、処理風量も処理開始時の５０％以下に低下していた。このため、バーナー３を停止し、高温酸化処理を中止した。
【００３９】
その後、熱交換器２を人が熱交換器内部に入る上で問題のない３０℃程度まで冷却した。冷却には約６時間が必要であった。その後、ブロワー１を停止し、熱交換器２の内部に人が入り、点検を実施したところ、放熱側が完全に目詰まりしていることが判明した。熱交換器の放熱側には、黒色の物質が堆積していた。この堆積物を分析したところ、これらの物質は、バーナー３の不完全燃焼により発生したススに起因する炭素と、ヘキサメチルジシラザンの酸化物である二酸化珪素の混合物であることが判明した。
【００４０】
（比較例２）
実施例１と同一の排気ガスに関して、図−１のフローシートに従い高温酸化処理を実施した。熱交換器２、バーナー３及び燃料、反応部４の温度も実施例１と同一にした。
【００４１】
高温酸化処理開始当初の酢酸ブチル除去効率は９９％以上と極めて良好であった。熱交換器２の放熱側の圧力の監視はなされていないが、比較例１の結果から、処理開始１週間後に、バー
ナー３を停止し、高温酸化処理を中止した。その後、熱交換器２を人が熱交換器内部に入る上で問題のない３０℃程度まで冷却した。冷却には約６時間が必要であった。
【００４２】
その後、ブロワー１を停止し、熱交換器２の内部に人が入り、点検したところ、放熱部の伝熱面に、白色の二酸化珪素が堆積しているのが確認された。この堆積物を、まず、ブラシにより除去し、その後、圧縮空気による除去を試みた。しかしながら二酸化珪素は熱交換器２の伝熱面に密着しており、完全に堆積物を除去することは不可能であった。堆積物の除去に掛かった時間は約３時間であった。
【００４３】
その後、ブロワー１およびバーナー３は再起動され、反応部４の温度は定常処理温度の７５０℃まで上昇し、高温酸化処理が再開された。ブロワー１の再起動から反応部４の温度が定常温度になるまでの時間は約３０分であった。
【００４４】
熱交換器に堆積した二酸化珪素を除去する上で、高温酸化処理の中止から再開までに掛かった時間は、約９時間３０分であった。
【００４５】
また、ブロワー１を起動した直後から数分間の間、大気への排気中に多量の二酸化珪素の白色粉体が混入していることが見受けられた。
【００４６】
さらに、高温酸化処理を続けたところ、約１週間の高温酸化処理を実施した時点で、バーナー３の失火がたびたび発生し、充分な高温酸化処理を実施することが困難な状況となった。また、処理風量も処理開始時の５０％以下に低下していた。
【００４７】
【発明の効果】
上記において、説明した通り、本発明の排気ガス処理方法によれば、有機シリコンを含有する排気ガスを高温酸化処理した際に発生する二酸化珪素を主体とする堆積物を、極めて短時間且つ極めて簡単に除去することが可能である。
このように、本発明の排気ガスの処理方法は、特に半導体製造や液晶製造等の有機シリコンを含有する排気ガスを排出する工業分野において、絶大な効果を発現するものであり、本発明の効果は大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の高温酸化処理方法を用いた排気ガス処理方法のフローシートの一例である。
【図２】本発明の高温酸化処理方法を用いた排気ガス処理方法のフローシートの一例である。
【図３】吸着式濃縮装置の一例である。
【図４】本発明に使用される平板平面流式熱交換器の一例である。
【図５】本発明に使用される多管式熱交換器の一例である。
【符号の説明】
１    ブロワー
２    熱交換器
３    ヒーター（バーナー）
４    反応部
５    散水ライン
６    排水ライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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