过氟化物的分解处理方法以及处理装置制造方法及图纸

本发明专利技术的课题在于提供如下过氟化物的处理方法以及过氟化物处理装置：其能够能效良好地防止热交换器的配管的腐蚀，除此之外，能够削减废水量，效率良好地回收高纯度的氟化钙。进而，提供设备以及设置场所小、效率良好的过氟化物处理装置。本发明专利技术将包含过氟化物的废气和水或水蒸气向热交换器（2）供给，通过与高温的分解气体热交换来预热，并进一步加热，利用催化剂（12）分解。在将包含氟化氢气体的分解气体用热交换器（2）冷却后，在酸性气体除去装置（31）内使氟化氢气体与钙盐反应，能够得到高纯度的氟化钙。基于来自酸性气体除去装置的排气中的氟化钙浓度或者该装置内的钙盐的温度，控制钙盐的供给以及排出。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】过氟化物的分解处理方法以及处理装置
本专利技术涉及过氟化物的分解处理方法及其处理装置，特别是涉及如下过氟化物的分解处理方法及其处理装置：其适于能效良好地分解从半导体制造装置、液晶制造装置或者太阳能电池制造装置等排出的过氟化物，并且除去由分解产生的分解气体所包含的酸性气体成分。
技术介绍
过氟化物（perfluorocompound，PFC）是CF4、CHF3、C2F6、CH2F2、C3F8、C4F8、C5F8、SF6以及NF3等碳与氟、碳、氢与氟、硫与氟以及氮与氟的化合物的总称。过氟化物在半导体制造工艺、液晶制造工艺或者太阳能电池制造工艺中，被用于蚀刻用气体、清洗用气体或者灰化用气体。过氟化物并不在上述制造工艺中全部被消耗，供给的过氟化物的约10～50%在制造工序中没有被消耗，原样释放到大气中。过氟化物在大气中以数万年这一量级长期稳定地存在，并具有二氧化碳的数千倍～数万倍的吸收红外线的性质，所以被作为导致全球温室化的物质之一。在用于防止全球温室化的京都议定书中，是限制对象气体之一，强烈要求削减向大气的释放量。作为抑制过氟化物的大气释放的对策，探讨了各种除害（分解）方法，存在在燃烧气体中燃烧的燃烧法、使用催化剂的催化剂法以及使用等离子体的等离子体法等。但是，过氟化物是不易分解的稳定的物质，所以为了分解需要使包含过氟化物的废气成为高温。为了得到高温气体，在燃烧法中，通过作为燃料燃烧管道煤气、丙烷气体或者甲烷气体等来进行直接加热，在催化剂法中，进行利用电加热器的间接加热。例如，在分解CF4的情况下，在燃烧法中需要约1200℃以上，在催化剂法中需要约700～800℃。在半导体制造工厂、液晶制造工厂以及太阳能电池制造装置等中，工厂整体上消耗大量的能量，所以要求进一步的节能化。但是，如上述那样，过氟化物是不易分解的稳定物质，所以为了分解处理过氟化物需要投入大量的能量。为了分解过氟化物所使用的燃料和电的大部分，被用于包含过氟化物的废气的加热。因此，分解了过氟化物后的气体（分解气体）也作为与分解温度相同程度的高温气体而排出。另一方面，过氟化物具有多个氟原子，在上述任一处理方法中，分解后生成的氟化氢，相对于供给的过氟化物的浓度，成为数倍的浓度。例如，在CF4的情况下，构成为相对于1个碳具有4个氟，所以在分解处理后产生供给的CF4的4倍的氟化氢。其结果，分解处理后的分解气体成为高温且包含高浓度的酸性气体（HF气体）的气体。为了冷却该分解气体，并除去酸性气体，一般使用水。这是因为水的比热容大，且蒸发潜热大，以及氟化氢容易溶入水中。在氟化氢为高浓度的情况下，采用洗涤器（scrubber）等的湿式洗涤的除去方式是主流。在湿式洗涤中，能够除去生成的高浓度的氟化氢气体，并且同时进行高温气体的冷却。这种情况下，为了加热而投入的能量的大部分向湿式洗涤后的包含氢氟酸的废水转移。但是，由湿式洗涤排出的废水的温度约为40～60℃左右，作为热的利用价值低，并且，包含具有腐蚀性的氢氟酸，所以存在难以热回收的问题。因此，在湿式洗涤中，存在投入的能量没有被有效利用的问题。为了抑制过氟化物向大气的释放，在专利文献1～3中已知使用催化剂对由半导体制造工序以及液晶制造工序排出的含有过氟化物的废气进行处理的方法。在专利文献1中记述了如下方法：通过将利用催化剂分解后的高温的分解气体与反应用的水热交换来对水预热，来提高热回收率，并进一步用喷雾水对热交换器后的冷却过的分解气体进行冷却。在专利文献2中，记载了向分解气体中的酸性气体（HF气体）添加钙盐（以下称作“Ca盐”）使其反应，从而不产生包含氟的酸性废水的方法（干式处理），在这种情况下，记载了如下方法：通过将利用催化剂分解后的高温的分解气体与反应用的水热交换来对水预热，或者，将分解气体与包含过氟化物的废气热交换来对废气预热，从而提高热回收率。但是，在该专利文献1以及2所述的方法中，存在以下的问题。在将高温的分解气体仅与水热交换的情况下，水的热容量大，并且潜热也大，所以热交换器中的水流动的配管（传热管）的表面温度（高温的分解气体接触的一侧的温度）局部成为200℃以下。在分解气体中，也包含由SF6的分解而产生的SOX。若包含SOX以及水分的高温的分解气体与表面温度为200℃以下的热交换器的传热管相接，则在传热管表面产生硫酸，可能发生露点腐蚀。一般地，热交换器的传热管在与约500～800℃的高温气体热交换的情况下，从耐热性以及热传导性的观点出发需要设为金属制。因此，为了防止露点腐蚀，需要采取对策，以使得水以100℃以上的水蒸气形态在传热管内流动等，与高温气体相接的传热管表面不成为200℃以下，因此存在热回收效率变差的问题。此外，在专利文献1以及2中，还存在如下问题：因为通过在热交换器的下部喷出水喷雾，来冷却高温的分解气体，所以来自喷雾的微小飞沫会飞舞到热交换器。若喷雾的微小飞沫附着于金属制的热交换器的传热管，则分解气体所包含的酸性气体溶入附着的飞沫中，成为酸性的溶液。因此，产生在金属制的传热管发生腐蚀这一问题。为了防止来自该喷雾的飞沫，存在在热交换器的下部设置挡板，抑制飞沫的上升的方法，但是因为会阻碍分解气体的流动，所以系统内的压力损失增加。另外，在挡板中，上表面被高温的气体加热，下表面被喷雾的飞沫冷却，所以上下的温度差变大。进而，因由喷雾飞沫附着引起的酸性气体的溶入而产生酸性溶液，腐蚀的可能性变高。对此，存在为了采取对策，必须使用陶瓷器等高价的材料这一问题。另外，在专利文献3中，记载了将高温的分解气体与外部的空气热交换进行冷却的方法、和在高温的分解气体中混合外部的空气进行冷却的方法。在将高温的分解气体与外部的空气热交换的情况下，加热的空气不被利用地向大气释放，所以在热回收方面存在问题。另一方面，若在分解气体中混合空气，则分解气体的流量大幅增加。因为压力损失以及反应速度依赖于气体流速，所以若想要将气体流速设为最佳条件，则存在在下流设置的酸性气体处理装置（碱洗涤器以及干式袋滤器等）的设备容量变大、并且排出废气的排气装置（排风机、喷射器等）的能力也变大这一问题。为了从通过湿式洗涤产生的废水中除去氟，使用钙盐（Ca盐），通常使用氢氧化钙或者碳酸钙。氢氧化钙以及碳酸钙通过与废水中的氟反应而生成难溶性的氟化钙（CaF2），并发生沉淀，来除去废水中的氟。为了从废水中几乎完全除去氟，需要投入理论反应量的数倍的氢氧化钙或者碳酸钙。在通过一般的湿式洗涤来冷却分解气体，除去酸性气体的情况下，废气的分解温度越高，分解处理后的气体温度也变得越高，所以对于冷却需要大量的水。在半导体制造工厂以及液晶制造工厂中，存在在洗涤工序等中消耗大量的水，进行过氟化物的分解处理，由此废水的处理量进一步增加这一问题。另外，因为生成大量的包含氟的酸性废水，所以需要大规模的酸性废水的处理设备。另外，为了将含有氟的废水向河流和海洋排出，需要使氟浓度为法律限制值以下，必须将废水中的氟几乎100%分离、除去。在使废水中的氟浓度为法律限制值以下的情况下，处理的废水量越多，并且，废水所包含的氟浓度越高，废水处理设备的规模就越大。在现有的半导体制造工厂以及液晶制造工厂中，今后，在为了抑制过氟化物向大气的排出而将过氟化物的分解装置导入整个过氟化物使用制造工序的情况本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种过氟化物的处理方法，其特征在于，包括：（1）对包含过氟化物的废气、以及水或水蒸气进行预热的工序；（2）对在所述工序（1）中预热了的废气、以及水或水蒸气进一步加热的工序；（3）通过利用催化剂分解在所述工序（2）中被加热了的废气所包含的过氟化物，来产生包含酸性气体的分解气体的工序；（4）通过与所述工序（1）的废气、以及水或水蒸气热交换来冷却在所述工序（3）中产生的分解气体的工序；和（5）通过与钙盐接触来除去在所述工序（4）中冷却了的分解气体所包含的酸性气体的工序，所述工序（1）包括通过与在所述工序（3）中产生的分解气体的热交换来进行的预热。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.10.19 JP 2011-2297771.一种过氟化物的处理方法，其特征在于，包括：(1)对包含过氟化物的废气、以及水或水蒸气进行预热的工序；(2)对在所述工序(1)中预热了的废气、以及水或水蒸气进一步加热的工序；(3)通过利用催化剂分解在所述工序(2)中被加热了的废气所包含的过氟化物，来产生包含酸性气体的分解气体的工序；(4)通过与所述工序(1)的废气、以及水或水蒸气热交换来冷却在所述工序(3)中产生的分解气体的工序；和(5)通过与钙盐接触来除去在所述工序(4)中冷却了的分解气体所包含的酸性气体的工序，所述工序(1)包括通过与在所述工序(3)中产生的分解气体的热交换来进行的预热，并且使包含过氟化物的废气、以及水或水蒸气同时与在所述工序(3)中产生的分解气体，以所述废气、以及水或水蒸气流动的传热管的与所述分解气体相接的表面成为200℃以上的方式进行热交换，所述工序(1)通过将混合了包含过氟化物的废气、以及水或水蒸气的混合气体与在所述工序(3)中产生的分解气体热交换来进行。2.根据权利要求1所述的过氟化物的处理方法，其特征在于，所述工序(5)使用填充有钙盐的酸性气体除去装置进行。3.根据权利要求2所述的过氟化物的处理方法，其特征在于，从所述酸性气体除去装置排出与所述酸性气体反应过的钙盐，并且，向所述酸性气体除去装置供给钙盐。4.根据权利要求3所述的过氟化物的处理方法，其特征在于，所述钙盐的排出以及供给，基于通过所述酸性气体除去装置除去了所述酸性气体后的分解气体所包含的酸性气体的浓度来进行。5.根据权利要求3所述的过氟化物的处理方法，其特征在于，所述钙盐的排出以及供给，基于填充到所述酸性气体除去装置内的钙盐的温度来进行。6.一种过氟化物的处理装置，其特征在于，包括：加热器，其对包含过氟化物的废气、以及水或水蒸气进行加热；催化剂层，其将所述过氟化物分解；酸性气体除去装置，其使通过所述过氟化物的分解而产生的分解气体中的酸性气体与钙盐接触从而将其除去；和热交换器，其通过使所述废气、以及水或水蒸气同时与所述分解气体，以所述废气、以及水或水蒸气流动的传热管的与所述分解气体相接的表面成为200℃以上的方式热交换，来对所述废气、以及水或水蒸气进行预热，并且冷却所述分解气体，所述热交换器是对混合气体和分解气体热交换的热交换器，所述混合气体混合了包含过氟化物的废气、以及水或水蒸气，所述分解气体是通过分解过氟化物而产生的。7.根据权利要求6所述的过氟化物的处理装置，其特征在于，所述酸性气体除去装置具备：钙盐排出器，其将与所述分解气体所包含的酸性气体反应过的钙盐从所述酸性气体除去装置排出；和钙盐供给器，其供给钙盐。8.根据权利要求7所述的过氟化物的处理装置，其特征在于，还包括：酸性气体浓度检测器，其检测从所述酸性...

【专利技术属性】
技术研发人员：入江一芳，早坂裕二，鸟巢纯一，小野寺正直，
申请(专利权)人：昭和电工株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP