(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼火炎中にアルカリ金属化合物を共存させ、有機ハロゲン化物または／および無機ハロゲン化物を分解することを特徴とするハロゲン化物の分解方法。
【請求項２】
アルカリ金属化合物が、アルカリ金属水酸化物であることを特徴とする請求項１記載のハロゲン化物の分解方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クロロフルオロカーボン，パーフルオロカーボン，クロロカーボン等のフッ素、塩素、臭素あるいは水素を含有する有機ハロゲン化物、ＮＦ3、ＳＦ6等の無機ハロゲン化物等の各種ハロゲン化物ガスを効率よく分解無害化するハロゲン化物の分解方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
クロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）は、毒性が低くドライクリーニング剤、各種用途の溶剤、発泡剤、冷媒等のエネルギー変換作動流体等の用途にきわめて有用である反面、大気中に放出されたクロロフルオロカーボンは、成層圏に達すると太陽光の紫外線で分解し、これがオゾン層を破壊することが問題となっている。そのために、中でもオゾンの破壊性の高い特定フロンは、段階的な使用の規制をうけ１９９６年以降全廃となっている。
【０００３】
このクロロフルオロカーボンの大気中での挙動は、さらに地球温暖化という大きな問題にも広がっており、物質としては、クロロフルオロカーボンの他パーフルオロカーボン（ＰＦＣ）の問題も指摘されている。パーフルオロカーボンは、工業的には半導体工業におけるエッチング剤、乾式クリーニング剤等の用途に次第にその消費量が増えている。温室効果を惹起するパーフルオロカーボンの熱放射特性は、クロロフルオロカーボンのそれと同程度でありながら、使用量としてはクロロフルオロカーボンよりも少ないパーフルオロカーボンが問題視されているのは、大気中での寿命が長いためである。パーフルオロカーボンは、化学的に非常に安定であり、大気中でこれらを分解する作用を有するものは、大気のごく高層でのみ照射している波長１３０ｎｍ以下の紫外線だけであると言われている。大気中に放出された後の寿命は、クロロフルオロカーボンが数百年であるのに対してパーフルオロカーボンのそれは数千年から数万年という試算もなされており、温室効果に及ぼす影響は大きいといわれている。
【０００４】
大気中に放出されるとオゾン層を破壊するクロロフルオロカーボン、半永久的に破壊されないで地球温暖化の原因となるパーフルオロカーボンは、したがって、それを使用する設備の最終段階で破壊してしまうことが求められている。
【０００５】
クロロフルオロカーボン、パーフルオロカーボンの分解については、現在、▲１▼プロパンやメタンなどの燃焼ガスとともに燃焼させて分解する方法（燃焼法）、▲２▼４００〜７００℃の温度域で高い水蒸気圧下で触媒を用いて接触させ分解する方法（触媒法）、▲３▼５００℃〜９００℃の温度域で、アルカリなどを接触させて分解する方法（熱化学分解法）、▲４▼高周波プラズマ中で分解する方法（プラズマ法）、などの方法が検討されている。
【０００６】
しかしながら、いずれの方法も欠点を抱えるものである。▲１▼の燃焼法は、分解に必要な高温が容易に得られ、大容量のハロゲン化物ガスが分解できるが、一方で、燃焼による窒素酸化物の生成や二酸化炭素の生成による環境の負荷が大きい。また、難分解性ガスに対しては、さらに高い燃焼温度を必要とするために、より多量の燃料ガスを必要とする。▲２▼の触媒法は、比較的低温でＰＦＣやＣＦＣを分解できるが、触媒の劣化による交換が必要であり、また、多くの触媒が酸性物質を生成させるため、酸による反応器の腐食が問題となる。▲３▼の熱化学分解法は、ハロゲン化物を固定化して酸の生成などを伴わないが、反応剤の交換が不可欠である。▲４▼のプラズマ法は、一度に大容量のガスを分解することが難しく、多くのエネルギーを必要とする。
【０００７】
【発明が解決しようとする問題点】
このような中で、現在、ＣＦＣ、ＰＦＣのようなハロゲン化物を分解するシステムとして工業的に実用化が検討されている方法の１つとして燃焼法があげられる。燃焼法により、多くのＣＦＣ、ＰＦＣは分解されるが、例えばＣＦ4のような化学的安定性が大きい物質は燃焼法においても分解することが困難である。分解を促進する方法としては、燃焼火炎の温度を高くすることが挙げられ、支燃ガスとして空気に比べ酸素濃度の高いガスを用いる方法が採られる。しかしながら、支燃剤として酸素を用いた燃焼火炎においてもＣＦ４に対しては１００％に近い分解率を得るのは困難である。また、一般に燃焼温度が高いとＰＦＣの希釈ガスとして用いられているＮ2と支燃ガスの酸素とが反応して、Ｎ2Ｏなど有害な窒素酸化物の生成率が高くなり環境への負荷が大きくなる。加えて、空気より酸素濃度が高いガスを支燃剤として用いるためには付加設備として、酸素を供給する設備、酸素を製造する設備等が必要となる。このため、環境に負荷がかからず、効率の良いＣＦ4、Ｃ2Ｆ6等のＰＦＣの分解方法の開発が望まれていた。
【０００８】
【問題点を解決するための具体的手段】
本発明者らは、燃焼法により有機ハロゲン化物または／および無機ハロゲン化物を効率的に分解する方法について鋭意検討した結果、燃焼火炎中に分解助剤を添加することが有効であることを見いだし、特にアルカリ金属化合物を燃焼火炎中に分解助剤として添加することが有効であることを見いだし、本発明に到達した。
【０００９】
すなわち、本発明は、燃焼火炎中にアルカリ金属化合物を共存させ、有機ハロゲン化物または／および無機ハロゲン化物を分解すること、特にアルカリ金属化合物が、アルカリ金属水酸化物であることを特徴とするハロゲン化物の分解方法を提供するものである。
【００１０】
本発明における有機ハロゲン化物とは、ＣＣｌ2Ｆ2、ＣＣｌ3Ｆ、ＣＣｌ2ＦＣＣｌＦ2、ＣＣｌＦ2ＣＦ3、ＣＣｌＦ3等の炭素、塩素、フッ素からなるクロロフルオロカーボン化合物、ＣＨ3Ｆ、ＣＨ2Ｆ2、ＣＨＦ3、Ｃ2Ｈ2Ｆ4、Ｃ2Ｈ4Ｆ2等の炭素、水素、フッ素からなるハイドロフルオロカーボン化合物、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、Ｃ4Ｆ10、Ｃ5Ｆ12、Ｃ6Ｆ14、Ｃ5Ｆ8等の炭素、フッ素からなるパーフルオロカーボン化合物、ＣＣｌ4、Ｃ2Ｃｌ6等のクロロカーボン化合物を指す。また、無機ハロゲン化物とは、ＮＦ3、ＳＦ6等の無機フッ化物ガス等を指す。本発明において、これらの化合物は、Ｎ2、Ｈｅ等の希釈ガスを混合した状態でもよい。
【００１１】
また、本発明で用いられる分解助剤は、アルカリ金属化合物が望ましい。アルカリ金属化合物としては、周期律表Ｉａ族の元素（Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ）からなる水酸化物、酸化物、水素化物、炭酸塩、塩素酸塩、過塩素酸塩、ハロゲン化物、亜硫酸塩、硫酸塩、過硫酸塩、亜硝酸塩、硝酸塩、リン酸塩、有機酸塩等が挙げられ、該化合物の中から１または２以上を組み合わせて使用できる。
【００１２】
また、アルカリ金属化合物の中でもアルカリ金属の水酸化物がもっとも望ましい。その理由は、アルカリ水酸化物は、温度の低い燃焼炎においてもハロゲン化物と反応性が高いこと。また、ハロゲン化物が分解した後、温暖化ガスである炭酸ガスを生成するが、その炭酸ガスと水酸化物が反応して温暖化ガスの排出を低減できることにある。特に、水酸化カリウムが最も好ましい。
【００１３】
次に、燃焼ガスに分解助剤を供給する方法としては、分解助剤の粉末をあらかじめ燃料または支燃剤に分散混合して供給するか、あるいは該粉末、その水溶液、または有機溶媒に溶解・分散させた溶液等を噴霧して吹き付けるという方法をとることができる。
【００１４】
また、９００℃以上の温度においては、上記アルカリ金属の多くはＫＰａオーダー以上の蒸気圧を有する。例えば、１．３３ＫＰａの蒸気圧を示す時の各化合物の温度をそれぞれの化学記号に続くカッコ内に表記すると、ＫＦ（１０３９℃）、ＫＩ（８８７℃）、ＫＯＨ（８６３℃）、ＫＢｒ（９８２℃）、ＫＣｌ（９６８℃）、ＮａＦ（１２４０℃）、ＮａＩ（９０３℃）、ＮａＯＨ（８９７℃）、ＮａＣｌ（１０１７℃）、ＬｉＢｒ（８８８℃）、ＬｉＣｌ（９３２℃）、ＬｉＦ（１２１１℃）、ＬｉＩ（８４１℃）等である。また、Ｋ２ＣＯ３は１０００℃にて１．１０ＫＰａの解離圧を有する。これら火炎中で気化する化合物については、火炎近傍か火炎中に該化合物を入れた耐熱容器を設置し、火炎の熱で気化した分解助剤を火炎中に拡散せしめるような実施方法も有効である。
【００１５】
さらに、上記アルカリ金属の水酸化物は、融点が２７０〜４５０℃と低温でも融解する。これら水酸化物については、該化合物を入れた容器を火炎近傍に設置し火炎の予熱もしくは容器をヒーター等で加熱して分解助剤を融解させ、その液化した分解助剤を火炎中に添加して拡散せしめるような実施方法も有効である。
【００１６】
本発明において、用いる燃料、支燃剤としては、特に制約はなく、燃料としては、水素、メタン、プロパン、天然ガス、ＣＯ等の気体燃料、メタノール、ガソリン、軽油、重油、灯油等の液体燃料が利用できるが、特に水素やメタンが望ましく、水素が最も望ましい。その理由として、アルカリ金属の水酸化物は強力な二酸化炭素吸収剤として知られており、二酸化炭素を多く発生させるような燃焼ガス、例えばＬＰＧを燃料として用いた燃焼ガスにアルカリ金属水酸化物を添加するときは、アルカリ金属の水酸化物が炭酸塩となって、空気炎などの温度の低い燃焼炎中では、ハロゲン化物との反応活性が低下するからである。
【００１７】
また、支燃剤としては空気、酸素、酸素濃度が高い空気や他の酸化性ガスも利用できる。特に、水素を燃料として用いた場合は、酸素より空気を用いた方が好ましい。その利点としては、燃焼温度を低くでき、Ｎ2Ｏ等の窒素酸化物の発生を抑制できることと特別な供給設備が不要であるからである。これらの燃料、支燃剤を混合して点火し燃焼火炎を得るが、燃料と支燃剤の混合比には特に制約はなく、燃焼可能混合比であれば、予混合燃焼でも拡散燃焼でもよい。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって詳細に説明するが、かかる実施例に限定されるものではない。
【００１９】
実施例１〜２７
燃焼試験装置の概略を説明する。燃焼装置として、水素ガス用のガスバーナー（吹き出し口の内径：１０ｍｍ）を用いた。ガス供給口には、燃料ガス配管、支燃ガス配管、分解ガス用の供給配管を組み込み、ガスの流量を制御するためそれぞれの配管に流量計を設置した。また、ガスバーナーの吹き出し口が垂直上向きになるように固定し、分解助剤を供給するためにガス吹き出し口の上方に白金製の皿を設置した。
【００２０】
次に試験方法について説明する。まず、燃料ガスと支燃ガスをラインに供給してバーナーに点火し、続いて、ハロゲン化物ガスの供給を開始する。分解助剤の供給が安定して火炎が十分に安定した後、燃焼ガスのサンプリングを行う。サンプリング方法は、真空の金属容器に接続されたＳＵＳ製のサンプリング管を火炎の最上部にセットして、管に備えた弁を開き、燃焼ガスを容器中に採取し、採取した燃焼ガスは、ＦＴ−ＩＲ及びガスクロマトグラフィーにより分析してハロゲン化物ガスの分解率を求める。
【００２１】
試験の条件・結果は表１に示した。なお、ハロゲン化物の分解率の算出は、以下の式により算出した。
【００２２】
分解率（％）＝（１−［燃焼ガス中のハロゲン化物ガス量（流量）］／［バーナー入口のハロゲン化物ガス量（流量）］）×１００
ただし、燃焼ガス中のハロゲン化物ガス量（流量）は、燃焼ガス量（流量）×燃焼ガス中のハロゲン化物ガス濃度、である。
【００２３】
比較例１〜４
上記に示した実施例と同様の試験装置を用いて、白金製の皿に反応助剤を仕込まずに実施例と同様の操作で試験を行った。その試験の条件・結果を表１に示した。
【００２４】
【表１】
0003869184.tif 000002
【００２５】
【発明の効果】
燃焼ガス中に分解助剤を添加しハロゲン化物を燃焼分解する本発明方法により、ハロゲン化物を効率よく分解することができオゾン層破壊や地球温暖化を防止することが可能となる。