(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮＦ3を含むガスを、帯状又はリボン状のＣｒとＦｅとを含む合金と接触させてＮＦ3を無害化することを特徴とする、ＮＦ3を含むガスの処理方法。
【請求項２】
ＮＦ3を含むガスが酸性フッ化物ガスも含み、
ＮＦ3を含むガスを、帯状又はリボン状のＣｒとＦｅとを含む合金と接触させた後、さらに中和剤により処理することを特徴とする、請求項１に記載の処理方法。
【請求項３】
酸性フッ化物ガスがＨＦ、ＳｉＦ4、ＷＦ6、ＭｏＦ6、又はそれらの組み合わせである請求項２に記載の処理方法。
【請求項４】
中和剤がソーダライム、活性アルミナ、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＣａＯ、又はそれらの組み合わせである請求項２又は３に記載の処理方法。
【請求項５】
帯状又はリボン状のＣｒとＦｅとを含む合金を含む、ＮＦ3を含むガスの処理剤。
【請求項６】
Ｃｒ含有量が１６〜２６重量％である請求項５に記載の処理剤。
【請求項７】
幅が１〜１０ｍｍの帯状又はリボン状である請求項５又は６に記載の処理剤。
【請求項８】
ＣｒとＦｅとを含む合金のＣｒ含有率が１６〜２６重量％であり、該合金とＮＦ3を含むガスとの接触が２５０℃〜４００℃の温度で行われる、請求項１に記載の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明はＮＦ3を含むガスの除害方法に係わり、特に当該処理対象ガスがＮＦ3のみ、ＮＦ3と不活性ガス又は、ＮＦ3と他の混合ガスであることに拘わらず、効率的に無害化することのできるＮＦ3を含むガスの処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＮＦ3は従来、ロケット等に使用する高エネルギー燃料の酸化剤としてまた、化学レーザーのフッ素源として慣用されてきたが、近年は処理後に残滓の残らない超ＬＳＩ用ドライエッチングガス、クリーニングガスとして使用されている有用なガスである。
【０００３】
一方、ＮＦ3は常温では非常に安定で、水や酸、アルカリ水溶液とも反応しない不燃性のガスであり、又ＴＬＶ値が１０ｐｐｍの毒性ガスでもある。従って前記のような諸用途からの排出ガス中のＮＦ3の無害化が必要とされる。従来、ＮＦ3の除害方法としては以下の方法が提案されている。
【０００４】
（１）  加熱した金属と反応させる方法
この方法では金属フッ化物が生成するが、生成した金属フッ化物が固体の場合、金属表面に被膜を形成するために反応が阻害され、短時間のうちにＮＦ3分解能力が低下する。又、金属フッ化物が粉体の場合、反応器あるいは配管の閉塞を起こしやすい。生成フッ化物がガスである場合、二次処理としてこれを物理吸着、あるいは洗浄除去せねばならず、装置が大型化し、装置の腐食も著しいという問題点がある。
【０００５】
（２）  高温の活性炭と反応させる方法
この方法では４００℃以上の反応温度で比較的効率よくＮＦ3を分解することができるが、同時にＮＦ3よりも毒性が強く、かつ爆発性の二フッ化二窒素が（Ｎ2Ｆ2）が大量に副生する。
【０００６】
Ｎ2Ｆ2の副生量を抑えるためにはＮＦ3と活性炭との接触時間を長くし、反応温度を５００℃以上の高温にせねばならないが副生をゼロにすることはできない。又、この場合、生成するＣＦ4、Ｃ2Ｆ6等のフロロカーボンとＮＦ3の混合ガスがＮ2Ｆ2の爆発により誘爆を起こす危険がある。又、処理対象ガスの中にＯ2が混在すると活性炭が燃焼することがあり、いずれにしても工業的に有効な方法とは言い難い。
【０００７】
【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がないＮＦ3単独ガスは勿論、ＨＦ、ＳｉＦ4、ＷＦ6、ＭｏＦ6のような酸性ガスを含むＮＦ3に対しても、副生ガスの心配等のない、従来法の欠点を解消した除害方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明ではＨＦ、ＳｉＦ4、ＷＦ6等の酸性フッ化物を含むＮＦ3を処理無害化する方法として、当該ガスを最初に帯状又はリボン状のＣｒとＦｅを含む合金と２５０℃以上の温度で反応させてＮＦ3を還元し、次に残存する酸性フッ化物を中和剤と反応させることを特徴とするＮＦ3の除害方法を提供するものである。
【０００９】
すなわち、本発明は、酸性フッ化物を含むＮＦ3の処理にあたり、始めに当該混合ガスを帯状又はリボン状のＣｒ合金、特にＣｒ含有率１６〜２６％の合金と２５０℃以上で好ましくは３００〜６００℃で反応させてＮＦ3を還元無害化し、次に粒状、又はペレット状のソーダライム、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＣａＯ、活性アルミナ等から選択される中和剤と反応させて酸性フッ化物を無害化するものである。
【００１０】
この場合、処理順序を逆にして、最初に中和剤、次に還元剤を使用すると、ＮＦ3が中和剤と反応してＮＯxを生成し、次に還元剤とＮＯxが接触してもＮＯ2のみが還元され、ＮＯ、Ｎ2Ｏは排ガス中に混入排出されるため好ましくない。
【００１１】
なお、最初に酸性フッ化物が混在しない場合には、上記の如き中和剤処理が不要である。この場合も本発明の基本的な一態様である。
【００１２】
還元剤としてはＣｒ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｌ等を含むＦｅを主体とする合金が効果を示すが、特にＣｒ含有率１６〜２６重量％の合金が卓越した効果を示す。
【００１３】
又、その形状としては、反応に関与する表面積、圧力損失を考慮した場合、帯状、リボン状のものが適しており、特に、幅１〜１０ｍｍ厚さ０．２ｍｍ以下のものが好ましい。これらの還元剤が処理器に充填する場合、金属成分としてＣｒを含有するＦｅ合金は特に高い圧縮率が得られることが特徴である。
【００１４】
又、Ｃｒが存在することで比較的低い温度で反応し、生成するＣｒのフッ化物は粉末状になり、一方Ｆｅのフッ化物は合金上に付着した状態になるので閉塞現象を起こすことがなく、圧力損失が大きくなることもないという利点がある。
【００１５】
また実用有効寿命が尽きた使用済の帯状またはリボン状の合金は、粉化ないし崩解の程度が低く、ほぼ元の形態を保持した状態であるので、交換のための処理器からの取り出しが容易である。
【００１６】
ＣｒとＦｅを含む合金中のＣｒ含有率は前述のとおり、１６〜２６重量％が好ましく、１６重量％未満では低温、例えば３００〜４００℃での反応速度が遅く、又、圧縮率も充分に上げることができない。
【００１７】
Ｃｒの含有率が２６重量％を超えても反応温度の点では問題ないが、生成する粉末状Ｃｒフッ化物の量（閉塞の問題）、経済性等を考慮して２６重量％までとした。
【００１８】
好ましいＣｒとＦｅとを含む合金の具体例としては、ＳＵＳ２０１、２０２、２０３、３０３、３０４、３０５、３０９、３１０、３１６等があげられる。
【００１９】
さらに充填密度について言及すれば１．６〜２．２ｇ／ｃｃ程度が好ましい範囲である。
【００２０】
中和剤としては前述のとおり、粒状、又は、ペレット状のアルカリ性薬剤、例えばソーダライム、苛性ソーダ、苛性カリ、酸化カルシウム、活性アルミナから選択された１種、もしくは２種以上の混合物を使用するが、特に好ましいのはソーダライム、もしくは活性アルミナ、あるいは両者の混合使用である。ここで「アルカリ性」は、広義のアルカリ性である。
【００２１】
尚、ＣｒとＦｅとを主体とする合金と中和剤との充填比率については処理するガス組成が分析して適宜決定される。
【００２２】
ＮＦ3単独ガス、あるいは、ＮＦ3と不活性ガスとの混合ガスを処理する場合は、上記のＣｒ合金による処理のみで完全に無害化され、それ以上の処理工程を必要としない。この場合に不活性ガスとは、例えば、希釈剤として使用された窒素ガス、あるいはアルゴン等であり、あるいは空気との混合によりもたらされる窒素ガスであることもある。
【００２３】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２４】
【実施例１】
４インチ×６００ｍｍＨのニッケル製容器に層高４００ｍｍになるようリボン状のＣｒ−Ｆｅ合金（幅５ｍｍ、厚み０．０５ｍｍ、Ｃｒ１９％、Ｎｉ９％、残部Ｆｅ）３．５ｋｇを充填し、充填物の中心が４００±３００℃になるよう外部からヒーターで加熱した。ＮＦ3２ｖｏｌ％、Ｎ2９８ｖｏｌ％の混合ガスを５ｌ／ｍｉｎの流量で流し、１０時間の連続処理を行った。１時間毎の排ガスサンプルをガスクロマトグラフィーで分析した。排ガス組成は常にＮ2のみであった。
【００２５】
【参考例１】
ＮＦ3２ｖｏｌ％、ＨＦ０．０４ｖｏｌ％、ＳｉＦ4０．６ｖｏｌ％、ＷＦ6０．０６ｖｏｌ％、Ｎ2９７．３ｖｏｌ％から成る混合ガスを５ｌ／ｍｉｎの流量で流し、実施例１と同じ処理を行ないながら１時間毎の排ガスサンプルを分析した。排ガス中ＮＦ3は常にＮＤであったが平均組成としてｔｒ量のＨＦ、ＷＦ6及び０．３４％のＳｉＦ4が検出された。従って、最初に酸性フッ化物が混在する場合には、安全目的のためにさらに中和剤で処理することが必要であることが判る。
【００２６】
【実施例２】
実施例１と同じ容器に層高２００ｍｍになるようソーダライム１．２ｋｇを装填し、その上に層高２００ｍｍになるようリボン状のＣｒ−Ｆｅ合金（幅５ｍｍ、厚み０．０５ｍｍ、Ｃｒ１９％、Ｎｉ９％、残部Ｆｅ）１．８ｋｇを装填した。ＮＦ3２ｖｏｌ％、ＨＦ０．０４ｖｏｌ％、ＳｉＦ4０．４ｖｏｌ％、ＷＦ6１．６ｖｏｌ％、ＮＯ2０．００５％、Ｎ2９６％から成る混合ガスを５ｌ／ｍｉｎの流量で容器の上部から流し、実施例１と同じ連続処理を行ないながら１時間毎の排ガスサンプルを分析した。排ガス組成は常にＮ2であり、ＮＦ3、酸性フッ化物は検出されなかった。
【００２７】
【実施例３】
実施例１と同じ容器に層高２００ｍｍになるよう粒状ＮａＯＨ１．４ｋｇを装填し、その上に層高２００ｍｍになるようリボン状のＣｒ−Ｆｅ合金（幅５ｍｍ、厚み０．０５ｍｍ、Ｃｒ１９％、Ｎｉ９％、残部Ｆｅ）１．８ｋｇを装填した。ＮＦ3２ｖｏｌ％、ＨＦ０．０４ｖｏｌ％、ＳｉＦ4０．４ｖｏｌ％、ＷＦ6１．６ｖｏｌ％、ＮＯ2０．００５％、Ｎ2９６％から成る混合ガスを５ｌ／ｍｉｎの流量で容器の上部から流し、実施例１と同じ連続処理を行ないながら１時間毎の排ガスサンプルを分析した。排ガス組成は常にＮ2であり、ＮＦ3、酸性フッ化物は検出されなかった。
【００２８】
【実施例４】
実施例１と同じ容器に層高１００ｍｍになるようにソーダライム０．６ｋｇを充填し、その上に層高１００ｍｍになるように活性アルミナ０．６ｋｇを、さらにその上に層高２００ｍｍになるようにリボン状のＣｒ−Ｆｅ合金（幅５ｍｍ、厚み０．０５ｍｍ、Ｃｒ１９％、Ｎｉ９％、残部Ｆｅ）を装填した。ＮＦ3３ｖｏｌ％、ＨＦ０．０５％、ＳｉＦ4０．０３％、ＷＦ6１．４％、ＭｏＦ6ｔｒ．、Ｎ2９９．５％から成る混合ガスを５ｌ／ｍｉｎの流量で容器の上部から流し、実施例１と同じ連続処理を行ないながら１時間毎の排ガスサンプルを分析した。排ガス組成は常にＮ2のみであり、ＮＦ3、酸性フッ化物は検出されなかった。
【００２９】
【実施例５】
実施例１と同じ容器に層高２００ｍｍになるようにソーダライム０．６ｋｇと粒状ＫＯＨ０．７ｋｇの混合物を充填し、その上に層高２００ｍｍになるようにリボン状のＣｒ−Ｆｅ合金（幅３ｍｍ、厚み０．０３ｍｍ、Ｃｒ１７％、Ｎｉ７％、残部Ｆｅ）を装填した。ＮＦ3３ｖｏｌ％、ＨＦ０．０５％、ＳｉＦ4０．０３％、ＷＦ6１．４％、ＭｏＦ6ｔｒ．、Ｎ2９９．５％から成る混合ガスを５ｌ／ｍｉｎの流量で容器の上部から流し実施例１と同じ連続処理を行ないながら１時間毎の排ガスサンプルを分析した。排ガス組成は常にＮ2であり、ＮＦ3、酸性フッ化物は検出されなかった。
【００３０】
【比較例１】
（処理順序逆転）
実施例１と同じ容器に層高２００ｍｍになるようにリボン状のＣｒ−Ｆｅ合金を充填し、その上に層高２００ｍｍになるようにソーダライム１．２ｋｇを充填した。ＮＦ3３ｖｏｌ％、ＨＦ０．０５％、ＳｉＦ4０．０３％、ＷＦ6１．４％、ＭｏＦ6ｔｒ．、Ｎ2９９．５％から成る混合ガスを５ｌ／ｍｉｎの流量で容器の上部から流し実施例１と同じ連続処理を行ないながら１時間毎の排ガスサンプルを分析した。排ガス中には平均組成として、ＮＦ3０．２％、ＮＯ０．６％、Ｎ2０．３％ＮＯ2０．０７％が検出された。
【００３１】
【比較例２】
実施例１と同じ容器に層高２００ｍｍになるようにソーダライム１．２ｋｇを充填しその上に層高２００ｍｍになるように繊維状の鉄１．６ｋｇを充填した。
ＮＦ3３ｖｏｌ％、ＨＦ０．０５％、ＳｉＦ4０．０３％、ＷＦ6１．４％、ＭｏＦ6ｔｒ．、Ｎ2９９．５％から成る混合ガスを５ｌ／ｍｉｎの流量で容器の上部から流し実施例１と同じ連続処理を行ないながら１時間毎の排ガスサンプルを分析した。
反応温度４００℃では反応速度が遅く、排ガス中に未反応ＮＦ3が検出されるため、５５０℃に昇温し、処理を継続した。
排ガスは常にＮ2のみでありＮＦ3、酸性フッ化物ＮＯx等は検出されなかったが次第にガス出入口の圧力損失が上昇し４時間後に処理継続が不可能となった。