(57)【要約】【課題】三元触媒法を適用して排ガスの処理時に副生成するＮＯｘ（窒素酸化物）を低減することができる排ガス処理装置を提供する。【解決手段】排ガスを酸化分解する酸化分解部１０と、酸化分解後の排ガスを洗浄する排ガス洗浄部３０とを備えた排ガス処理装置１において、酸化分解部１０の後段に、排ガス中に含まれる窒素酸化物を除去する窒素酸化物除去部４０を備え、窒素酸化物除去部４０は、酸化分解部１０から排出された排ガス中に炭化水素と一酸化炭素の少なくとも一方を供給し炭化水素と一酸化炭素の少なくとも一方を排ガス中に残存する酸素と反応させて排ガス中から酸素を除去した後に、排ガス中の窒素酸化物を炭化水素と一酸化炭素の少なくとも一方と反応させるように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスを酸化分解する酸化分解部と、酸化分解後の排ガスを洗浄する排ガス洗浄部とを備えた排ガス処理装置において、
前記酸化分解部の後段に、排ガス中に含まれる窒素酸化物を除去する窒素酸化物除去部を備え、
前記窒素酸化物除去部は、前記酸化分解部から排出された排ガス中に炭化水素と一酸化炭素の少なくとも一方を供給し炭化水素と一酸化炭素の少なくとも一方を排ガス中に残存する酸素と反応させて排ガス中から酸素を除去した後に、排ガス中の窒素酸化物を炭化水素と一酸化炭素の少なくとも一方と反応させるように構成されていることを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項２】
前記炭化水素と一酸化炭素の少なくとも一方の供給量は、炭化水素と一酸化炭素の少なくとも一方が不完全燃焼になる空燃比１未満の量であることを特徴とする請求項１に記載の排ガス処理装置。
【請求項３】
前記窒素酸化物除去部は、前記酸化分解部から排出された排ガス中に炭化水素と一酸化炭素の少なくとも一方を供給する炭化水素・一酸化炭素供給部と、炭化水素と一酸化炭素の少なくとも一方を触媒の存在下で排ガス中に残存する酸素と反応させる発熱反応部と、排ガス中の窒素酸化物を触媒の存在下で排ガス中の炭化水素と一酸化炭素の少なくとも一方と反応させる脱硝反応部とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の排ガス処理装置。
【請求項４】
前記窒素酸化物除去部は、排ガス中の窒素酸化物を排ガス中の炭化水素と一酸化炭素の少なくとも一方と反応させた後に、排ガス中に空気又は酸素を供給し、供給された空気中の酸素又は供給された酸素と排ガス中に残存する炭化水素と一酸化炭素の少なくとも一方とを反応させるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
【請求項５】
前記窒素酸化物除去部は、前記発熱反応部、脱硝反応部の後段に排ガス中に空気又は酸素を供給する供給部と、供給された空気中の酸素又は供給された酸素と排ガス中に残存する炭化水素と一酸化炭素の少なくとも一方とを触媒の存在下で反応させるＣＯ酸化反応部とを備えることを特徴とする請求項４に記載の排ガス処理装置。
【請求項６】
前記各反応部で用いる触媒は、シリカ（ＳｉＯ２）及び／又はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を担体として、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、銅酸化物、マンガン酸化物を１種以上担持させたものであることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
【請求項７】
前記窒素酸化物除去部は、前記排ガス洗浄部内又は前記排ガス洗浄部の後段に配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
【請求項８】
前記酸化分解部と前記排ガス洗浄部との間に排ガスを冷却する冷却部を備え、前記窒素酸化物除去部は、前記冷却部内又は前記冷却部の後段に配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
【請求項９】
前記酸化分解部は、燃料と酸素の燃焼反応熱により排ガスの酸化分解を行う燃焼式、プラズマにより排ガスを分解し、分解ガスと酸素との反応により排ガスを酸化分解させるプラズマ式、ヒータにより排ガスを加熱し、酸素と反応させて排ガスを酸化分解させるヒータ式、酸化触媒に排ガスと酸素を接触させることで排ガスを酸化分解させる触媒式のいずれか一つ以上の方式を備えることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイス、液晶、ＬＥＤ等を製造する製造装置等から排出される排ガスを無害化する排ガス処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス、液晶パネル、ＬＥＤ等を製造する半導体製造プロセスにおいては、真空に排気されたプロセスチャンバ内にプロセスガスを導入してエッチング処理やＣＶＤ処理等の各種処理を行っている。また、プロセスチャンバおよびプロセスチャンバに接続されている排気系機器は、クリーニングガスを流すことにより、定期的に洗浄している。これらプロセスガスやクリーニングガス等の排ガスは、シラン系ガス、ハロゲンガス、ＰＦＣガス等を含み、人体に悪影響を及ぼしたり、地球温暖化の原因になる等の地球環境に悪影響を及ぼすので、大気にそのまま放出することは好ましくない。
【０００３】
そこで、これらの排ガスを真空ポンプの下流側に設置された排ガス処理装置によって無害化処理を行った後に大気に放出している。排ガス処理装置としては、酸素源と燃料を供給して炉内に火炎を形成し、この火炎により排ガスを燃焼させるようにした燃焼式や、酸素源と電力を供給して排ガスを酸化分解するヒーター式、プラズマ式、触媒式等の排ガス処理装置が広く用いられている。
これらの排ガス処理装置において、ＰＦＣなどの難分解性物質を高除去率で処理しようとする場合、温度を高くして処理を行っているため、窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生量が増加し、副生成物として排出されるＮＯｘ量が多いという問題点がある。
【０００４】
ＮＯｘの排出量を低減するために、ガソリンエンジンなどの自動車用では、空燃比制御と三元触媒法が広く用いられている。すなわち、排ガス中の酸素濃度を酸素センサ等により測定し、この測定結果から燃料噴射量等をコントロールすることにより、空燃比を制御して排ガス中にＮＯｘ、ＣＯ、炭化水素が共存する状態とし、この状態で三元触媒を用いてＮＯｘをＣＯや炭化水素と反応させ、ＮＯｘを除去するようにしている。この三元触媒法は、ＮＯｘ，ＣＯ，炭化水素を同時に除去できる優れた方法であるが、酸素共存下では機能しない。そのため、酸素リッチ（空気過剰）な状態にして排ガスを酸化分解させて無害化処理を行う上述した排ガス処理装置では、無害化処理後の排ガス中に酸素が多量に残っているため、三元触媒法を採用することはできなかった（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−１１９８５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者らは、ＮＯｘ，ＣＯ，炭化水素を同時に除去できる三元触媒法の優れた点に着目し、酸化分解による無害化処理後の排ガス中に多量の酸素が残っている排ガス処理装置であっても、三元触媒法の使用を可能とすることを課題として検討を重ねた結果、本発明の創案に至ったものである。
【０００７】
すなわち、本発明は、酸化分解による無害化処理後の排ガス中に多量の酸素が残っている排ガス処理装置において、三元触媒法を適用して排ガスの処理時に副生成するＮＯｘ（窒素酸化物）を低減することができる排ガス処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するため、本発明の排ガス処理装置は、排ガスを酸化分解する酸化分解部と、酸化分解後の排ガスを洗浄する排ガス洗浄部とを備えた排ガス処理装置において、前記酸化分解部の後段に、排ガス中に含まれる窒素酸化物を除去する窒素酸化物除去部を備え、前記窒素酸化物除去部は、前記酸化分解部から排出された排ガス中に炭化水素と一酸化炭素の少なくとも一方を供給し炭化水素と一酸化炭素の少なくとも一方を排ガス中に残存する酸素と反応させて排ガス中から酸素を除去した後に、排ガス中の窒素酸化物を炭化水素と一酸化炭素の少なくとも一方と反応させるように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の好ましい態様によれば、前記炭化水素と一酸化炭素の少なくとも一方の供給量は、炭化水素と一酸化炭素の少なくとも一方が不完全燃焼になる空燃比１未満の量であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記窒素酸化物除去部は、前記酸化分解部から排出された排ガス中に炭化水素と一酸化炭素の少なくとも一方を供給する炭化水素・一酸化炭素供給部と、炭化水素と一酸化炭素の少なくとも一方を触媒の存在下で排ガス中に残存する酸素と反応させる発熱反応部と、排ガス中の窒素酸化物を触媒の存在下で排ガス中の炭化水素と一酸化炭素の少なくとも一方と反応させる脱硝反応部とを備えていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の好ましい態様によれば、前記窒素酸化物除去部は、排ガス中の窒素酸化物を排ガス中の炭化水素と一酸化炭素の少なくとも一方と反応させた後に、排ガス中に空気又は酸素を供給し、供給された空気中の酸素又は供給された酸素と排ガス中に残存する炭化水素と一酸化炭素の少なくとも一方とを反応させるように構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記窒素酸化物除去部は、前記発熱反応部、脱硝反応部の後段に排ガス中に空気又は酸素を供給する供給部と、供給された空気中の酸素又は供給された酸素と排ガス中に残存する炭化水素と一酸化炭素の少なくとも一方とを触媒の存在下で反応させるＣＯ酸化反応部とを備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明の好ましい態様によれば、前記各反応部で用いる触媒は、シリカ（ＳｉＯ２）及び／又はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を担体として、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、銅酸化物、マンガン酸化物を１種以上担持させたものであることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記窒素酸化物除去部は、前記排ガス洗浄部内又は前記排ガス洗浄部の後段に配置されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記酸化分解部と前記排ガス洗浄部との間に排ガスを冷却する冷却部を備え、前記窒素酸化物除去部は、前記冷却部内又は前記冷却部の後段に配置されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記酸化分解部は、燃料と酸素の燃焼反応熱により排ガスの酸化分解を行う燃焼式、プラズマにより排ガスを分解し、分解ガスと酸素との反応により排ガスを酸化分解させるプラズマ式、ヒータにより排ガスを加熱し、酸素と反応させて排ガスを酸化分解させるヒータ式、酸化触媒に排ガスと酸素を接触させることで排ガスを酸化分解させる触媒式のいずれか一つ以上の方式を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、無害化処理後の排ガス中に多量の酸素が残っている排ガス処理装置において、三元触媒法を適用して排ガスの処理時に副生成するＮＯｘを飛躍的に低減することができ、環境負荷を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る排ガス処理装置を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明の第２の実施形態に係る排ガス処理装置を示す模式図である。
【図３】図３は、本発明の第３の実施形態に係る排ガス処理装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る排ガス処理装置の実施形態について図１乃至図３を参照して説明する。図１乃至図３において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃焼式排ガス処理装置１を示す模式図である。図１に示すように、燃焼式排ガス処理装置１は、排ガスを燃焼して酸化分解する燃焼部１０と、燃焼後の排ガスを冷却する冷却部２５と、冷却部２５の後段に配置され冷却後の排ガスを洗浄する排ガス洗浄部３０とを備えている。燃焼部１０は、排ガスを燃焼する燃焼室１２と、燃焼室１２に旋回する火炎を形成するバーナ１１とを有している。燃焼室１２は燃焼部接続管１３によって下方に延びている。排ガスは、バイパス弁（三方弁）１５を通じて燃焼部１０に供給される。排ガス処理装置に不具合がある場合には、このバイパス弁１５が操作され、排ガスが排ガス処理装置に導入されずに、図示しないバイパス管に送られるようになっている。
【００１５】
燃料と酸素とは予め予混合器１６で混合されて混合燃料が形成され、この混合燃料がバーナ１１に供給されるようになっている。また、排ガスを燃焼（酸化）させるための酸素源となる空気がバーナ１１に供給される。バーナ１１は混合燃料を燃やして燃焼室１２に旋回炎を形成し、この旋回炎により排ガスを燃焼させる。バーナ１１の内部には図示しないＵＶセンサが配置されており、このＵＶセンサにより旋回炎が正常に形成されているかどうかが監視されている。ＵＶセンサの周囲には空気および窒素がパージガスとして供給されている（図示せず）。燃焼室１２の上部には水Ｗ１が供給されている。この水Ｗ１は燃焼室１２の内面に沿って流下し、燃焼室１２の内面に水膜を形成する。この水膜により、旋回炎の熱と腐食性のガスから燃焼室１２が保護される。また、バーナ１１と燃焼室１２との間には、バーナ１１を冷却するための冷却水Ｗ２が流れる図示しない冷却水路が設けられている。
【００１６】
バーナ１１を通って燃焼室１２に導入された排ガスは、旋回炎により燃焼される。これにより、排ガスに含まれるシラン、ジシラン、ＰＦＣなどの可燃性ガスや難分解性物質が燃焼（酸化）される。このとき、粉体生成物としてシリカ（ＳｉＯ２）が生成される。このシリカは微小な粉塵として排ガス中に存在する。
【００１７】
このような粉体生成物の一部は、バーナ１１や燃焼室１２の内面に堆積する。そこで、燃焼部１０は、図示しないスクレーパを定期的に操作して、バーナ１１や燃焼室１２の内面に堆積した粉体生成物を掻き落とすように構成されている。燃焼室１２の下方には循環水タンク２０が配置されている。循環水タンク２０の内部には堰２１が設けられており、この堰２１によって上流側の第１の槽２０Ａと下流側の第２の槽２０Ｂとに区画されている。スクレーパにより掻き落とされた粉体生成物は、燃焼部接続管１３を介して循環水タンク２０の第１の槽２０Ａ内に落下し、第１の槽２０Ａの底部に堆積する。また、燃焼室１２の内面を流下した水膜は第１の槽２０Ａに流入する。第１の槽２０Ａの水は、堰２１をオーバーフローして第２の槽２０Ｂに流れ込むようになっている。
【００１８】
燃焼室１２は冷却部２５を介して排ガス洗浄部３０と連通している。この冷却部２５は、燃焼部接続管１３に向かって延びる配管２６と、この配管２６内および配管２６の出口に配置されたスプレーノズル２７，２７とを有している。スプレーノズル２７は、配管２６を流れる排ガスに対向するように水を噴射する。したがって、燃焼部１０により処理された排ガスは、スプレーノズル２７から噴射される水によって冷却される。噴射された水は、配管２６を通って循環水タンク２０に回収されるようになっている。
【００１９】
冷却部２５において冷却された排ガスは、排ガス洗浄部３０に導入される。この排ガス洗浄部３０は、水により排ガスを洗浄し、排ガスに含まれる水溶性の有害成分や微小な粉塵を除去する装置である。この粉塵は、主として、燃焼部１０での燃焼（酸化）により生成された粉体生成物である。
【００２０】
排ガス洗浄部３０は、ガス流路３２を形成する壁部材３１と、ガス流路３２内に配置される第１のミストノズル３３Ａ、第１の水膜ノズル３３Ｂ、第２のミストノズル３４Ａ、および第２の水膜ノズル３４Ｂとを備えている。これらミストノズル３３Ａ，３４Ａ及び水膜ノズル３３Ｂ，３４Ｂは、ガス流路３２の中心部に位置している。第１のミストノズル３３Ａおよび第１の水膜ノズル３３Ｂは第１のノズルユニットを構成し、第２のミストノズル３４Ａおよび第２の水膜ノズル３４Ｂは第２のノズルユニットを構成する。したがって、本実施形態では、２組のノズルユニットが設けられている。なお、ノズルユニットは１組でもよく、３組以上のノズルユニットを設けてもよい。
【００２１】
第１のミストノズル３３Ａは、第１の水膜ノズル３３Ｂよりも、排ガスの流れ方向において上流側に配置されている。同様に、第２のミストノズル３４Ａは、第２の水膜ノズル３４Ｂよりも上流側に配置されている。すなわち、ミストノズルと水膜ノズルとが交互に配置されている。ミストノズル３３Ａ，３４Ａ、水膜ノズル３３Ｂ，３４Ｂ、壁部材３１は、耐腐食性のある樹脂（例えばＰＶＣ：ポリ塩化ビニル）から構成されている。図示例で４個のノズルが図示されているが、ノズル個数は適宜変更してもよく、またミストノズルと水膜ノズルのそれぞれの個数も適宜変更してもよい。
【００２２】
図１に示すように、排ガスは、排ガス洗浄部３０の下部に設けられた冷却部２５の配管２６から排ガス洗浄部３０の内部に導入される。排ガスは、排ガス洗浄部３０内を下から上に流れる。より詳しくは、配管２６から導入された排ガスは、ガス流路３２を低速で上昇する。ガス流路３２には、ミスト、水膜、ミスト、及び水膜がこの順に形成されている。
【００２３】
排ガスに含まれている直径１μｍ未満の微小な粉塵は、拡散作用（ブラウン運動）により、ミストを構成する水粒に容易に付着し、これによりミストに捕捉される。直径１μｍ以上の粉塵も、その多くは同様に水粒に捕捉される。水粒の径は約１００μｍであるので、この水粒に付着した粉塵のサイズ（径）は見かけ上大きくなる。したがって、粉塵を含む水粒は、下流側の水膜に慣性衝突により容易にぶつかり、水粒とともに粉塵は排ガスから除去される。ミスト捕捉されなかった比較的径の大きい粉塵も、同様にして水膜に捕捉され、除去される。
【００２４】
図１に示すように、排ガス洗浄部３０の下方には、上述した循環水タンク２０が位置している。ミストノズル３３Ａ，３４Ａおよび水膜ノズル３３Ｂ，３４Ｂから供給された水は、循環水タンク２０の第２の槽２０Ｂに回収される。第２の槽２０Ｂに貯留された水は、循環水ポンプＰによりミストノズル３３Ａ，３４Ａおよび水膜ノズル３３Ｂ，３４Ｂに供給される。同時に、循環水は、水Ｗ１として燃焼部１０の燃焼室１２の上部に送られ、上述したように、燃焼室１２の内面に水膜を形成する。循環水タンク２０には水位センサ５５が設けられている。この水位センサ５５は第２の槽２０Ｂの水位を監視し、第２の槽２０Ｂの水位が所定の値を超えたときに、バルブを開いて第２の槽２０Ｂの水を排出させる。
【００２５】
水膜ノズル３４Ｂの上方には、ミストトラップ３５が設けられている。このミストトラップ３５は、その内部に複数の邪魔板もしくは充填材を有しており、ミストを捕捉することができる。このようにして、ミストが除去された排ガスは、次段に供給される。
【００２６】
図１に示すように、ミストトラップ３５の上方には、窒素酸化物除去部４０（図１において点線で囲まれた部分）が設置されている。窒素酸化物除去部４０には、排ガスの流れ方向の上流側から下流側（図１において下方から上方）に向かって、発熱反応部４１、脱硝反応部４２、ＣＯ酸化反応部４３がこの順に設けられ、各反応部には触媒が充填されている。発熱反応部４１の前段（上流側）に炭化水素（ＣｎＨｍ）と一酸化炭素の少なくとも一方を供給する炭化水素・一酸化炭素供給部４４が設置され、ＣＯ酸化反応部４３の前段（上流側）に空気を供給する空気供給部４５が設置されている。また、発熱反応部４１を所定温度範囲に加熱するためのヒータ４６が設けられている。ヒータ４６により加熱された発熱反応部４１の温度を測定するための温度センサ４７が設置されている。
【００２７】
上述のように構成された窒素酸化物除去部４０において、炭化水素・一酸化炭素供給部４４から排ガス中に炭化水素（ＣｎＨｍ）が供給される場合について説明する。なお炭化水素・一酸化炭素供給部４４で供給されるものが一酸化炭素である場合は、酸素と反応するものが炭化水素から一酸化炭素に置き換わり、炭化水素と酸素との反応によるＣＯの発生がなくなることのみが以下の説明との違いである。
炭化水素を含んだ排ガスは、発熱反応部４１に流入し、炭化水素は酸化触媒の存在下で排ガス中に多量に残っている酸素と反応して熱とＣＯとＣＯ２を発生する。発熱反応部４１は炭化水素の供給開始前にヒータ４６により発熱反応が開始可能な温度まで昇温されている。なお、発熱反応が開始すれば、発生する熱によって反応部の温度が維持されるため、ヒータ４６は停止する。炭化水素・一酸化炭素供給部４４からの炭化水素の供給量は、炭化水素が酸素より多く炭化水素が不完全燃焼になる空燃比１未満の量である。こうして、排ガス中から酸素が除去された後に、排ガスは、燃焼しきれずに残った炭化水素と発熱反応部４１で発生したＣＯとともに脱硝反応部４２に流入する。したがって、脱硝反応部４２に流入する排ガス中には、ＮＯｘ，ＣＯ，炭化水素が共存することになる。脱硝反応部４２において、ＮＯｘを炭化水素およびＣＯと反応させ、これにより排ガス中のＮＯｘが除去（またはＮＯｘ量が低減）される。脱硝反応部４２における反応でＮＯｘが除去（またはＮＯｘ量が低減）された後の排ガス中には、ＮＯｘとの反応において余剰となったＣＯと炭化水素が残留する。ここに空気供給部４５から空気が供給される。空気供給により酸素を含むようになった排ガスはＣＯ酸化反応部４３に流入する。ＣＯ酸化反応部４３において、排ガス中に残留しているＣＯおよび炭化水素は酸素と反応してＣＯ２とＨ２Ｏになる。こうしてＮＯｘが除去（またはＮＯｘ量が低減）された排ガスは窒素酸化物除去部４０から排出される。窒素酸化物除去部４０から排出された排ガスは、冷却された後に、排気ダクトを介して大気に排気される。
【００２８】
次に、窒素酸化物除去部４０において、触媒の存在下で行われる各反応について説明する。
炭化水素源としてメタン（ＣＨ４）を添加した場合、発熱反応部４１で炭化水素が酸素より多い空燃比１未満では以下の反応が起こる。
ＣＨ４＋Ｏ２→ＣＯ２＋ＣＯ＋Ｈ２Ｏ
ＣＨ４の酸化反応により発熱が起こり、触媒が加温され、かつ脱硝反応を妨害するＯ２が消費される。つづいて脱硝反応部４２でＣＨ４の酸化反応よりも反応速度の遅いＣＨ４による還元反応と、ＣＨ４の酸化反応から生成したＣＯによる還元反応が起こる。
ＮＯｘ＋ＣＨ４→Ｎ２＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ
ＮＯｘ＋ＣＯ→Ｎ２＋ＣＯ２
前段の脱硝反応部４２で還元反応に使われなかった余剰ＣＨ４およびＣＯは、酸素もしくは空気を添加することで、ＣＯ酸化反応部４３において次の反応が起こり、無害化できる。
ＣＨ４＋ＣＯ＋Ｏ２→ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ
また、炭化水素・一酸化炭素供給部４４から一酸化炭素（ＣＯ）を供給した場合、発熱反応部４１でＣＯが酸素より多い空燃比１未満では以下の反応が起こる。
ＣＯ＋Ｏ２→ＣＯ２
ＣＯの酸化反応により発熱が起こり、触媒が加温され、かつ脱硝反応を妨害するＯ２が消費される。つづいて脱硝反応部４２でＣＯによる還元反応が起こる。
ＮＯｘ＋ＣＯ→Ｎ２＋ＣＯ２
前段の脱硝反応部４２で還元反応に使われなかった余剰ＣＯは、酸素もしくは空気を添加することで、ＣＯ酸化反応部４３において次の反応が起こり、無害化できる。
ＣＯ＋Ｏ２→ＣＯ２
【００２９】
発熱反応部４１、脱硝反応部４２、ＣＯ酸化反応部４３は連続した構造とすることも分離した構造とすることも可能である。
各反応部に用いる触媒としてはシリカ（ＳｉＯ２）及び／又はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を担体として、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、銅酸化物、マンガン酸化物を１種以上担持させたものを使用する。触媒の劣化を防ぐために助触媒としてセリア（ＣｅＯ２）、ランタナ（Ｌａ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）が含まれていてもよい。各反応部で同種のものを用いることも違う種類のものを用いることも可能である。
前記各反応部の温度は、３００℃から６００℃、より好ましくは３５０℃から５００℃である。
【００３０】
図２は、本発明の第２の実施形態に係る燃焼式排ガス処理装置１を示す模式図である。第２の実施形態においては、窒素酸化物除去部４０（図２において点線で囲まれた部分）は、シャワーノズル３６の後段に設置されている。すなわち、窒素酸化物除去部４０は排ガス洗浄部３０の後段に設置されている。そのため、窒素酸化物除去部４０から排出された排ガスは、冷却手段を通過していないので温度が高い状態にある。したがって、第２の実施形態では、窒素酸化物除去部４０の後段（下流側）に排ガスを冷却するためのガスクーラ５０を設置している。ガスクーラ５０で燃焼部１０に導入される排ガスを熱交換により加温してもよい。導入される排ガスを加温することで燃焼効率が向上するので好適である。図２に示す窒素酸化物除去部４０における反応は図１に示す窒素酸化物除去部４０と同様である。また、その他の構成は、図１に示す燃焼式排ガス処理装置１と同様である。
【００３１】
図３は、本発明の第３の実施形態に係る燃焼式排ガス処理装置１を示す模式図である。第３の実施形態においては、窒素酸化物除去部４０（図３において点線で囲まれた部分）は冷却部２５の配管２６の位置に設置されている。そのため、配管２６内および配管２６の出口の位置にスプレーノズル２７（図１および図２参照）を設置することができない。したがって、第３の実施形態では、配管２６の入口部にサイドスプレーノズル５１を設置し、サイドスプレーノズル５１から水を噴射して燃焼部１０から排出された排ガスを冷却するようにしている。サイドスプレーノズル水量の調整により排ガスの温度を制御できるので、ヒータ４６（図１および図２参照）を省略することができる。また、発熱反応部４１，脱硝反応部４２およびＣＯ酸化反応部４３の外周部を覆うように断熱材５２を設けている。図３に示す窒素酸化物除去部４０における反応は図１に示す窒素酸化物除去部４０と同様である。また、その他の構成は、図１に示す燃焼式排ガス処理装置１と同様である。なお、窒素酸化物除去部４０は、配管２６の直後に設置してもよい。
【００３２】
次に、図２に示す燃焼式排ガス処理装置１を用いて排ガス処理を行った試験結果を、以下の表１〜表４に示す。
エッチング装置から排出された排ガスを図２に示す燃焼式排ガス処理装置１に導いて処理する場合を想定した条件で試験を行った。窒素酸化物除去部４０において、炭化水素・一酸化炭素供給部４４のノズルから都市ガス（主成分：ＣＨ４）を供給した。触媒としてＰｔ−Ｒｈ系、Ｐｔ系のものを使用し、触媒の温度は５００℃になるように設定して運転を行った。ＣＯ濃度は非分散型赤外線吸収法により測定し、ＮＯｘ濃度は化学発光法により測定した。
【００３３】
Ｒｕｎ１〜Ｒｕｎ３において、排ガス中のＮＯｘ濃度がそれぞれ異なる排ガスの処理を行った。すなわち、窒素酸化物除去部４０の入口における排ガス中のＮＯｘ濃度は、Ｒｕｎ１の試験において５００ｐｐｍ、Ｒｕｎ２の試験において１５００ｐｐｍ、Ｒｕｎ３の試験において３０００ｐｐｍであった。窒素酸化物除去部４０の入口における排ガス中のＣＯ濃度は、Ｒｕｎ１、Ｒｕｎ２、Ｒｕｎ３のいずれにおいても１０ｐｐｍより少なかった。
【表１】
2016020801.tif 000003
【表２】
2016020801.tif 000004
【表３】
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【００３４】
表１〜表３から明らかなように、ＮＯｘ濃度が、５００ｐｐｍ（Ｒｕｎ１）、１５００ｐｐｍ（Ｒｕｎ２）、３０００ｐｐｍ（Ｒｕｎ３）と高くなっても、脱硝反応部４２においてＮＯｘが還元され、脱硝反応部４２の出口におけるＮＯｘ濃度はいずれの場合も１０ｐｐｍより少なくなっていた。
一方、ＣＯ濃度は、窒素酸化物除去部４０の入口において、Ｒｕｎ１、Ｒｕｎ２、Ｒｕｎ３のいずれにおいても１０ｐｐｍより少ないが、炭化水素・一酸化炭素供給部４４から供給されたＣＨ４の酸化反応により生成したＣＯが脱硝反応部に供され、ＮＯｘの還元反応に使用されなかったＣＯの濃度、すなわち脱硝反応部４２の出口におけるＣＯ濃度は、４０００−５０００ｐｐｍと高くなった。その後、脱硝反応部４２からでた排ガスに空気（酸素含有気体）が添加され、排ガス中に残ったＣＨ４とＣＯはＣＯ酸化反応部４３において酸化され、ＣＯ酸化反応部４３の出口におけるＣＯ濃度は１０ｐｐｍより少なくなった。
このようなＲｕｎ１からＲｕｎ３までの試験結果を一つにまとめたものが表４である。
【００３５】
【表４】
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表４から明らかなように、図２に示す排ガス処理装置を用いて排ガス処理を行うことにより、窒素酸化物除去部入口における排ガス中のＮＯｘ濃度が、５００―３０００ｐｐｍと高くても、脱硝反応部においてＮＯｘを還元し、脱硝反応部出口におけるＮＯｘ濃度を１０ｐｐｍより少なくすることができた。
また、脱硝反応部出口におけるＣＯ濃度が、４０００−５０００ｐｐｍであっても、ＣＯ酸化反応部出口におけるＣＯ濃度を１０ｐｐｍより少なくすることができた。
【００３６】
これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。
【符号の説明】
【００３７】
１  燃焼式排ガス処理装置
１０  燃焼部
１１  バーナ
１２  燃焼室
１３  燃焼部接続管
１５  バイパス弁（三方弁）
１６  予混合器
２０  循環水タンク
２０Ａ  第１の槽
２０Ｂ  第２の槽
２１  堰
２５  冷却部
２６  配管
２７  スプレーノズル
３０  排ガス洗浄部
３１  壁部材
３２  ガス流路
３３Ａ  第１のミストノズル
３３Ｂ  第１の水膜ノズル
３４Ａ  第２のミストノズル
３４Ｂ  第２の水膜ノズル
３５  ミストトラップ
３６  シャワーノズル
４０  窒素酸化物除去部
４１  発熱反応部
４２  脱硝反応部
４３  ＣＯ酸化反応部
４４  炭化水素・一酸化炭素供給部
４５  空気供給部
４６  ヒータ
４７  温度センサ
５０  ガスクーラ
５１  サイドスプレーノズル
５５  水位センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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