JP2018103156A - 排ガス処理用カラム、排ガス処理装置及び排ガス処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】除去剤の充填量を減量したり、除去剤を圧力損失の低い種類のものに変更したりすることなく、圧力損失を低減しながら、効率的に有害物質を除去することが可能な排ガス処理用カラム、排ガス処理装置及び排ガス処理方法を提供する【解決手段】除去剤３が、それぞれ粒度が異なるか又は単一の有害物質に対する動的吸着量が異なり、且つ、同一材料からなる複数の処理剤３１，３２からなり、複数の処理剤３１，３２は、カラム本体２内に、処理剤３１，３２の粒度又は単一の有害物質に対する動的吸着量毎に順次積層して充填されており、カラム本体２の筒長方向において、粒度が大きいか又は単一の有害物質に対する動的吸着量が小さな処理剤３１が配された側に排ガスＧ１の導入口２１が設けられるとともに、粒度が小さいか又は単一の有害物質に対する動的吸着量が大きな処理剤３２が配された側に処理ガスＧ２の排出口２２が設けられてなる。【選択図】図１

Description

本発明は、排ガス処理用カラム、排ガス処理装置及び排ガス処理方法に関するものであり、特に、ＴＬＶ（Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ Ｌｉｍｉｔ Ｖａｌｕｅｓ）が１０ｐｐｍ以下であるガス状の有害物質を除去する排ガス処理用カラム、排ガス処理装置及び排ガス処理方法に関する。

従来から、各種の半導体装置や電子デバイス等の製造装置から発生する有害物質を含有する排ガスの処理では、例えば、化学吸着作用を有する除去剤（処理剤）によって有害物質を吸着・除去し、排ガスを無害化する方法が採用されている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１には、アンモニアやトリメチルアミン（ＴＭＡ）等の非金属塩基性ガスを含む排ガスの除害装置及び除害処理方法として、硫酸鉄（ＦｅＳＯ_４）を活性炭に担持させた酸化吸着剤（除去剤）が充填された処理塔（排ガス処理用カラム）を用いることが開示されている。

上記のような処理で用いられる除去剤及び除害方法としては、処理対象となる有害物質に応じて、また、酸素の必要性の有無等の処理条件に応じて、多種多様なものが用いられている。
例えば、有害物質が水素化物系ガスである場合には、除去剤として添着活性炭を用い、空気中等の酸素存在下において有害物質を除去剤に接触反応させることや、除去剤として金属酸化物や金属水酸化物を用い、窒素等の不活性雰囲気下で有害物質を除去剤に接触させることで、化学反応によって処理する方法も提案されている。

また、有害物質がハロゲン化物系ガスである場合には、例えば、添着活性炭、アルカリ金属、又はアルカリ土類金属の水酸化物による化学反応により、有害物質を除去する方法も採用されている。
上記の各方法は、その有害物質の種類や使用環境等によって一長一短があり、これらの点について考慮しながら、適宜採用されている。

特開平０５−１５４３３３号公報

一般に、化学吸着作用を有する除去剤を用いて有害物質を含む排ガスを処理する際には、２種類以上の有害物質を同時に除去する場合や、処理反応によって発生する副生成物の除去を行う必要がある場合を除き、単一の除去剤が充填された処理塔（排ガス処理用カラム）を用いて処理が行われている（例えば、図５に示す排ガス処理用カラム１００を参照）。

また、排ガス処理用カラムの後段に吸気装置を設置する関係から、カラムの入口圧力が過大となる場合には、除去剤の充填量を少なくすることや、より圧損の少ない種類のものに除去剤を変更する等の方法で、カラムの圧力損失を抑制している。

しかしながら、上記のような方法によって処理塔における圧力損失を抑制する場合、除去剤の充填量を少なくする方法では、有害物質の除去に支障が生じるおそれがある。また、除去剤を圧力損失の少ないものに変更した場合には、一般的に、圧力損失が小さい除去剤は単位体積当たりの処理能力が小さいことから、処理塔単位での処理能力が低下するという問題があった。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、除去剤の充填量を減量したり、除去剤を圧力損失の低い種類のものに変更したりすることなく、圧力損失を低減しながら、効率的に有害物質を除去することが可能な排ガス処理用カラム、排ガス処理装置及び排ガス処理方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、以下の態様を包含する。
［１］ 筒状のカラム本体と、該カラム本体内に充填された除去剤とを有し、少なくともガス状の有害物質を含有する排ガスから、前記除去剤によって前記有害物質を化学吸着して除去する排ガス処理用カラムであって、前記除去剤は、それぞれ粒度が異なり、且つ、同一材料からなる複数の処理剤からなり、前記複数の処理剤は、前記カラム本体内に、前記複数の処理剤の粒度毎に順次積層して充填されており、前記カラム本体の筒長方向において、粒度が大きな前記処理剤が配された側に前記排ガスの導入口が設けられるとともに、粒度が小さな前記処理剤が配された側に前記排ガスの排出口が設けられてなる、排ガス処理用カラム。
［２］ 筒状のカラム本体と、該カラム本体内に充填された除去剤とを有し、少なくともガス状の有害物質を含有する排ガスから、前記除去剤によって前記有害物質を化学吸着して除去する排ガス処理用カラムであって、前記除去剤は、それぞれ単一の有害物質に対する動的吸着量が異なり、且つ、同一材料からなる複数の処理剤からなり、前記複数の処理剤は、前記カラム本体内に、前記複数の処理剤の動的吸着量毎に順次積層して充填されており、前記カラム本体の筒長方向において、動的吸着量が小さな前記処理剤が配された側に前記排ガスの導入口が設けられるとともに、動的吸着量が大きな前記処理剤が配された側に前記排ガスの排出口が設けられてなる、排ガス処理用カラム。
［３］ 前記複数の処理剤は、前記動的吸着量が小さな処理剤が、前記動的吸着量が大きな処理剤よりも大きな粒度を有する、上記［２］に記載の排ガス処理用カラム。
［４］ 上記［１］〜［３］の何れか一項に記載の排ガス処理用カラムを備えてなる、排ガス処理装置。
［５］ 上記［１］〜［３］の何れか一項に記載の排ガス処理用カラム、又は、上記［４］に記載の排ガス処理装置を用いて、少なくともガス状の有害物質を含有する排ガスから前記有害物質を化学吸着処理する、排ガス処理方法。

本発明に係る排ガス処理用カラム及び排ガス処理装置によれば、カラム本体の筒長方向において、粒度が大きな処理剤又は動的吸着量が小さな処理剤が配された側に排ガスの導入口が設けられるとともに、粒度が小さな処理剤又は動的吸着量が大きな処理剤が配された側に排ガスの排出口が設けられてなる構成を採用している。これにより、除去剤の充填量を減量したり、除去剤を圧力損失の低い種類のものに変更したりすることなく、圧力損失を低減しながら、効率的に有害物質を除去することが可能になる。
また、本発明に係る排ガス処理方法によれば、上記構成の排ガス処理用カラム及び排ガス処理装置を用いて排ガスから有害物質を化学吸着処理する方法なので、上記同様、圧力損失を低減しながら、効率的に有害物質を除去することが可能になる。

本発明の一実施形態である排ガス処理用カラムを模式的に説明する図である。 本発明の一実施形態である排ガス処理用カラムを用いて排ガスから有害物質であるホスフィンを除去する実験を行ったデータと、従来の構成の排ガス処理用カラムを用いて排ガスからホスフィンを除去する実験を行ったデータとを比較するグラフである。 本発明の一実施形態である排ガス処理用カラムを用いて排ガスから有害物質である塩化水素ガスを除去する実験を行ったデータと、従来の構成の排ガス処理用カラムを用いて排ガスから塩化水素ガスを除去する実験を行ったデータとを比較するグラフである。 本発明の一実施形態である排ガス処理用カラムによる効果を説明するための参考模式図であり、カラム本体の内部に積層して充填する２種の処理剤を、図１に示す例とは逆の順に積層した場合について示す図である。 従来の排ガス処理用カラムの構成を示す図である。

以下、本発明を適用した一実施形態である排ガス処理用カラム、排ガス処理装置及び排ガス処理方法の構成について、図面を適宜参照しながら説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料や寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

＜排ガス処理用カラム（排ガス処理装置）＞
以下に、本発明の一実施形態である排ガス処理用カラムの構成について詳述する。
図１は、本実施形態の排ガス処理用カラム１の一例を示す模式図である。図１に示すように、本実施形態の排ガス処理用カラム１は、筒状のカラム本体２と、このカラム本体の内部に充填された除去剤３とを備えて概略構成されている。

［処理対象となる有害物質］
本実施形態において処理（除害）対象となる、排ガス中に含有される有害物質は、例えば、ＴＬＶが１０ｐｐｍ以下であるガス状の有害物質である。ここで、本実施形態で説明するＴＬＶ（Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ Ｌｉｍｉｔ Ｖａｌｕｅｓ）とは、閾限度値のことであり、有毒物質を含有する排ガスが発生する工程等において、ほとんどの作業者が連日繰返し被曝しても健康上悪影響をこうむることがないと考えられる有害物質の濃度を表す値である。

そして、本実施形態において除害対象となる、上記のようなＴＬＶを示す有害物質の具体例としては、例えば、半導体の製造工程において原料ガスとして用いられるホスフィン（ＰＨ_３）等の水素化物系ガスや、ＨＣｌ等のハロゲン化物系ガスが挙げられる。

［排ガス処理用カラムの構成］
図１に示す排ガス処理用カラム１は、上記のように、カラム本体２と除去剤３とを備えてなり、少なくともガス状の有害物質を含有する排ガスＧ１から、カラム本体２内に充填された除去剤３で有害物質を化学吸着することで排ガスＧ１を処理し、処理ガス（排ガス）Ｇ２とするものである。

カラム本体２は、例えば円筒状に構成され、その内部空間に、詳細を後述する除去剤３が充填される。また、図示例においては、図１中における縦長方向上側が排ガスＧ１の導入口２１とされ、下側が処理ガスＧ２の排出口２２とされている。
カラム本体２をなす材料としては、従来からカラムの筐体として用いられている樹脂材料あるいは金属材料等を何ら制限無く用いることができる。

除去剤３は、上記のように、排ガスＧ１中からガス状の有害物質を吸着して除去するものであり、カラム本体２に充填されて用いられる。また、図１中に示すように、本実施形態で用いられる除去剤３は、それぞれ粒度が異なり、且つ、同一材料からなる複数の処理剤が用いられており、図示例では、粒度の大きな処理剤３１、及び、処理剤３１に比べて粒度の小さな処理剤３２の２種の処理剤が用いられている。

また、図１中に示すように、処理剤３１，３２は、カラム本体２内において、各処理剤３１，３２の粒度毎に順次積層して充填されており、図示例では、粒度の小さな処理剤３２が、図１中における縦長方向下側に配置され、粒度の大きな処理剤３１が、処理剤３２の上に積層されている。

そして、本実施形態の排ガス処理用カラム１においては、カラム本体２の筒長方向において、粒度が大きな処理剤３１が配された側（図１中の上側）に排ガスＧ１の導入口２１が設けられるとともに、粒度が小さな処理剤３２が配された側（図１中の下側）に処理ガス（排ガス）Ｇ２の排出口２２が設けられている。

ここで、排ガス処理用カラム１は、換言すると、除去剤３が、それぞれ単一の有害物質に対する動的吸着量が異なり、且つ、同一材料からなる複数の処理剤３１，３２からなるものである。この複数の処理剤３１，３２は、カラム本体２内に、複数の処理剤３１，３２の動的吸着量毎に順次積層して充填される。そして、排ガス処理用カラム１は、カラム本体２の筒長方向において、動的吸着量が小さな処理剤３１が配された側に排ガスＧ１の導入口２１が設けられ、動的吸着量が大きな処理剤３２が配された側に処理ガス（排ガス）Ｇ２の排出口２２が設けられてなるものである。

即ち、本実施形態で説明する「粒度が異なる複数の処理剤」とは、「単一の有害物質に対する動的吸着量が異なる複数の処理剤」と同義である。より具体的には、本実施形態における複数の処理剤のうち、「粒度が大きな処理剤」とは、「単一の有害物質に対する動的吸着量が小さな処理剤」である。また、複数の処理剤のうち、「粒度が小さな処理剤」とは、「単一の有害物質に対する動的吸着量が大きな処理剤」である。

つまり、複数の処理剤のうち、動的吸着量が小さな処理剤は、動的吸着量が大きな処理剤よりも大きな粒度を有するものである。
処理剤の粒度と動的吸着量とが上記のような関係となることは、粒度の大きな処理剤に比べ、粒度の小さな処理剤は比表面積が大きくなるため、処理剤の各粒子に対する処理対象ガスの接触面積も大きくなり、吸着量が高められるためと考えられる。

さらに、本実施形態における複数の処理剤のうち、「粒度が大きな処理剤」は、単一の有害物質に対する「静的吸着量」が、上記の「粒度が小さな処理剤（動的吸着量が大きな処理剤）」に対して同等もしくは大きな処理剤である。即ち、「粒度が小さな処理剤」は、「静的吸着量」が、上記の「粒度が大きな処理剤（動的吸着量が小さな処理剤）」に対して同等もしくは小さな処理剤である。

通常、化学吸着作用を利用した処理剤等の吸着量は、「処理剤を充填した容器（カラム本体）を一旦真空にした後に処理対象ガスを導入し、処理剤と反応させて十分な時間が経過した後、処理剤の重量変化量やカラム内の圧力変化量等から処理能力を導き出す静的吸着量」、又は、「処理剤をカラムに充填し、一定の条件でカラム内に処理対象ガスを導入し、カラムの後段に設置した処理対象ガスの濃度測定装置によって処理剤の処理能力を導き出す動的吸着量」の二つによって表される。これらの各吸着量は、一般に、静的吸着量の方が、動的吸着量よりも大きいという傾向があり、これらの差は、ＴＬＶが比較的小さなガスの場合に特に顕著になる傾向がある。

上記のように、静的吸着量と動的吸着量の差が大きくなる理由としては、動的吸着量には時間の要素が関連するために化学吸着の速度が遅いこと、及び、処理剤の中心迄の拡散速度が遅いこと、もしくは処理剤中心迄の距離が遠いことによると考えられる。そこで、本発明者等は、化学吸着処理における派過点に至るまでの時間を確保することで、動的吸着量と静的吸着量の差を小さくするため、動的吸着量の大きな処理剤（粒度の大きな処理剤）をカラムの後段側に充填し、カラムの前段側に動的吸着量の小さな処理剤（粒度の小さな処理剤）を充填することを知見した。そして、本発明者等は、このような構成を採用することにより、圧力損失を抑えながら、有害物質を除去する処理能力を向上させることが可能な排ガス処理用カラムが実現できることを見出した。

上記知見に基づき、本実施形態の排ガス処理用カラム１は、カラム本体２の筒長方向において、粒度が大きく動的吸着量が小さな処理剤３１が配された側に排ガスＧ１の導入口２１が設けられ、粒度が小さく動的吸着量が大きな処理剤３２が配された側に処理ガス（排ガス）Ｇ２の排出口２２が設けられてなる構成を採用している。即ち、本実施形態の排ガス処理用カラム１を用いて排ガスＧ１中に含まれる有害物質を除去する場合には、まず、排ガスＧ１を処理剤３１に接触させ、次いで、処理剤３１に接触した後の排ガスＧ１を、処理剤３２に接触させることで、派過点に至るまでの時間を確保し、有害物質を除去する処理能力を高めることが可能になる。

ここで、例えば、図４に示す参考模式図に示すように、カラム本体２の導入口２１側に、粒度が小さく動的吸着量が大きな処理剤３２を配した場合には、図１に示す本実施形態の排ガス処理用カラム１に対して、圧力損失については大きな変化は無い。しかしながら、処理剤３１，３２の積層順を図４に示すような順、即ち、本発明で規定する積層順とは逆の順とした場合には、本実施形態のような、排ガスＧ２中の有害物質を効率的に除去できる効果は得られ難くなる（後述の実施例の欄を参照）。

本実施形態で用いられる除去剤３を構成する処理剤３１，３２は、同一材料からなるものであり、その材質は、除去（吸着）対象となる有害物質を勘案して決定することが好ましい。
本実施形態のように、除去対象となる有害物質が、ホスフィン（ＰＨ_３）等の水素化物系ガスや、ＨＣｌ等のハロゲン化物系ガスである場合には、例えば、活性炭の表面に銀等が添着された添着活性炭や、ソーダ石灰等を用いることができる。

なお、本実施形態で用いられる除去剤３を構成する、粒度が大きく動的吸着量が小さな処理剤３１、及び、粒度が小さく動的吸着量が大きな処理剤３２の、各々の粒径の関係や、各々の動的吸着量の関係は、本発明の規定を満たす関係であれば、特に限定されるものではない。一方、除去剤３を構成する処理剤３１，３２は、粒度及び動的吸着量を、以下に説明するような範囲及び関係とすることにより、上述したような、圧力損失を抑えながら、有害物質を除去する処理能力を向上させる効果がより顕著に得られる。

上記観点から、処理剤３１，３２の平均粒径は、それぞれ、０．２〜２０ｍｍの範囲であることが好ましく、且つ、処理剤３１の粒度が、処理剤３２の粒度よりも大きな構成とする必要がある。なお、処理剤３１，３２の平均粒径は、０．７〜８ｍｍの範囲であることがもっとも好ましい。

なお、本実施形態で説明する処理剤の平均粒径とは、粒度分布測定によって得られた「Ｄ５０」の値を言うものとする。
また、本実施形態で説明する処理剤の粒度とは、上記の平均粒径に基づき、特定の範囲の粒径を有する粒子群に分類するものであり、例えば、１０ｍｍ超３０ｍｍ以下のものを粗粒、１ｍｍ超１０ｍｍ以下のものを中粒、１ｍｍ以下のものを細粒とされる場合がある。

さらに、上記観点から、処理剤３１，３２の動的吸着量の比として、処理剤３１の動的吸着量に対する処理剤３２の動的吸着量が１．２倍以上であることが好ましく、２倍以上であることがより好ましく、５倍以上であることがもっとも好ましい。

なお、本発明に係る排ガス処理用カラムの技術範囲は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、本実施形態においては、除去剤３が、それぞれ粒度及び動的吸着量の異なる２つの処理剤３１，３２からなる例を説明しているが、３種以上の処理剤を有する構成を採用することも可能である。例えば、除去剤を、それぞれ異なる粒度及び動的吸着量を有する３層が積層された構成とし、排ガスの導入口側から粒度の大きな順（動的吸着量の小さな順）に積層された構成とすることも可能である。

［排ガス処理装置の構成］
上記構成を有する本実施形態の排ガス処理用カラム１は、図示を省略するが、例えば、排出口２２に排気ファン又はブロワーを接続し、この排気ファン又はブロワーで排ガス処理用カラム１内を吸引できるように構成することができる。これにより、例えば、排ガス処理用カラム１の導入口２１に、配管等を介して半導体製造装置等のチャンバを接続することで、半導体製造装置で発生する有害物質を含有する排ガスを処理するための排ガス処理装置を構成することができる。

本実施形態の排ガス処理装置によれば、本実施形態の排ガス処理用カラム１を備えた物なので、上記同様、圧力損失を低減しながら、効率的に有害物質を除去することが可能になる。

［作用効果］
以上説明したように、本実施形態の排ガス処理用カラム１及び排ガス処理装置によれば、カラム本体２の筒長方向において、粒度が大きな処理剤３１又は動的吸着量が小さな処理剤３１が配された側に処理ガス（排ガス）Ｇ２の導入口２１が設けられるとともに、粒度が小さな処理剤３２又は動的吸着量が大きな処理剤３２が配された側に処理ガスＧ２の排出口２２が設けられてなる構成を採用している。これにより、除去剤３（処理剤３１，３２）の充填量を減量したり、除去剤３を圧力損失の低い種類のものに変更したりすることなく、圧力損失を低減しながら、効率的に有害物質を除去することが可能になる。

また、本実施形態の排ガス処理方法によれば、上記構成の本実施形態の排ガス処理用カラム３及び排ガス処理装置を用いて排ガスから有害物質を化学吸着処理する方法なので、上記同様に、圧力損失を低減しながら、効率的に有害物質を除去することが可能になる。

＜排ガス処理方法＞
本実施形態の排ガス処理方法は、上述した本実施形態の排ガス処理用カラム１、又は、この排ガス処理用カラム１が採用されてなる図示略の排ガス処理装置を用いて、少なくともガス状の有害物質を含有する排ガスＧ１から有害物質を化学吸着し、除去する方法である。

具体的には、図示を省略するが、例えば、排ガス処理用カラム１の排出口２２に排気ファン又はブロワーを接続し、この排気ファン又はブロワーで排ガス処理用カラム１内を吸引することで、半導体製造装置等のチャンバから、配管等を介して排ガス処理用コラム１の導入口２１に排ガスＧ１を導入し、半導体製造装置で発生する有害物質を含有する排ガスＧ１を処理する方法とすることができる。
即ち、導入口２１から排ガス処理用コラム１内に導入された排ガスＧ１は、まず、処理剤３１に接触し、次いで、処理剤３２に接触することにより、有害物質が吸着・除去されて無害化された処理ガス（排ガス）Ｇ２となり、排出口２２から外部に排出される。

なお、導入口２１に導入される排ガスＧ１の単位時間あたりの流量は、特に限定されず、処理対象となる排ガスＧ１の発生量等を勘案しながら適宜設定できるが、例えば、空塔速度（Ｌ／Ｖ）を１〜３０ｃｍ／ｓｅｃの範囲とすることで、除去剤３で有害物質を効率よく除害しながら、大量の排ガスＧ１を処理することができる。

また、除去剤３が充填されたカラム本体２内を、導入口２１から排出口２２に向けて流れる排ガスＧ１（処理ガスＧ２）の空間速度（Ｓ／Ｖ）についても、特に限定されないが、有害物質を効率よく除去剤３に吸着させる観点から、４０００／ｈｒ以下となるように調整することが好ましい。

本実施形態の排ガス処理方法によれば、本実施形態の排ガス処理用カラム１及び排ガス処理装置を用いた方法なので、上記同様、圧力損失を低減しながら、効率的に有害物質を除去することが可能になる。

以下、実施例により、本発明に係る排ガス処理用カラム、排ガス処理装置及び排ガス処理方法についてさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

＜実施例１、比較例１及び実験例１，２＞
本例においては、図１に示すような、本発明に係る排ガス処理用カラム１を備えた排ガス処理装置を用いて、ホスフィン（ＰＨ_３）を含有する排ガスの処理を行い、除去剤３を構成する処理剤３１，３２の充填比率と、ホスフィンの吸着量比との関係を調べて評価した。

［排ガス処理用カラムの仕様］
カラム本体２としては、カラムサイズ５０Ａのものを用いた。
また、除去剤３を構成する処理剤としては、以下のようにして得られたものを用いた。
まず、ホスフィン（ＰＨ_３）の静的吸着率が１５０．６Ｌ／Ｌである添着活性炭（添着物：Ｆｅ_２ＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ）を粉砕し、目開きが２．０４ｍｍのメッシュの篩いにかけて篩分けを行い、篩上に残留した処理剤を、粒度の大きな処理剤３１とし、また、篩下に落下した処理剤を、粒度の小さな処理剤３２とした。

次に、上記のカラム本体２に、上記手順で得られた処理剤３１，３２を、それぞれ単独で、高さ３００ｍｍで充填したものを作製し、図５に示すように、処理剤３１のみを充填したものを実験例１、処理剤３２のみを充填したものを実験例２の排ガス処理用カラムとした。
また、図４に示すように、上記のカラム本体２に、上記手順で得られた処理剤３１，３２を、処理剤３１を下層（排出口）側とし、処理剤３２を上層（導入口）側として積層した状態で、高さ３００ｍｍで充填したものを作製し、比較例１の排ガス処理用カラムとした。この比較例１においては、処理剤３１と処理剤３２との高さ比率（充填比率）は、処理剤３１が、１５％、２５％、５０％となるように調整した。
さらに、図１に示すように、上記のカラム本体２に、上記手順で得られた処理剤３１，３２を、処理剤３２を下層（排出口）側とし、処理剤３１を上層（導入口）側として積層した状態で、高さ３００ｍｍで充填したものを作製し、実施例１の排ガス処理用カラムとした。この実施例１においても、処理剤３１と処理剤３２との高さ比率（充填比率）は、処理剤３１が、１５％、２５％、５０％となるように調整した。

［動的吸着量の評価］
まず、上記の実施例１、比較例１及び実験例１の条件で作製した排ガス処理用カラムの各々に対し、排ガスＧ１としてホスフィン（ＰＨ_３）を導入した。この際、導入口２１側から、５０（Ｌ／ｍｉｎ）の流量で排ガスＧ１を導入した。また、この際の、カラム本体２内を導入口２１から排出口２２に向けて流れる排ガスＧ１の空間速度（Ｓ／Ｖ）は５０００／ｈｒであった。

次に、排出口２２側から排出される処理ガス（排ガス）Ｇ２中のホスフィンの濃度を、濃度測定装置（バイオニクス機器株式会社製：ＴＧ−４０００ＴＡ）によって測定し、各排ガス処理用カラムの動的吸着量を調べた。この結果、各排ガス処理用カラムのホスフィンの動的吸着量は、実験例１が１７．９Ｌ／Ｌ、実験例２が９３．６Ｌ／Ｌであった。

そして、実施例１及び比較例１の排ガス処理用カラムのホスフィンの動的吸着量を測定し、実験例２（粒度の小さな処理剤３２）の処理能力（吸着量）及び圧力損失を１００％とした場合の、実施例１及び比較例１における吸着量比と、除去剤３中の処理剤３２の比率との関係を図２のグラフに示した。
この結果、比較例１の排ガス処理用カラムの吸着量比（動的吸着量）は、図２のグラフ中に示す◇印で表される直線となった。
一方、実施例１の排ガス処理用カラムのホスフィンの吸着量比（動的吸着量）は、図２のグラフ中に示す□印で表される曲線となった。図２中に示すように、実施例１の排ガス処理用カラムは、粒度の小さな処理剤３２を一定とした場合の、比較例１に対するホスフィンの吸着量比が大きく、高い動的吸着量を備えていることが明らかとなった。
なお、実施例１、比較例１及び実験例１，２における圧力損失は、図２のグラフに示す△印で表される直線となり、積層形態の違いによる圧力損失への影響は認められなかった。

＜実施例２、比較例２及び実験例３，４＞
次に、本例においては、図１に示すような、本発明に係る排ガス処理用カラム１を備えた排ガス処理装置を用い、ＨＣｌを含有する排ガスの処理を行い、除去剤３を構成する処理剤３１，３２の充填比率と、ホスフィンの吸着量比との関係を調べて評価した。

［排ガス処理用カラムの仕様］
カラム本体２としては、実施例１、比較例１及び実験例１，２と同様、カラムサイズ５０Ａのものを用いた。
また、除去剤３を構成する処理剤としては、以下のようにして得られたものを用いた。
まず、ＨＣｌの静的吸着率が９８．３Ｌ／Ｌである市販のソーダ石灰の１号（１．５〜３．５ｍｍ）、及び、同２号（３．５〜５．５ｍｍ）を準備し、粒度の大きなソーダ石灰２号を処理剤３１とし、粒度の小さなソーダ石灰１号を処理剤３２とした。

次に、上記のカラム本体２に、上記の処理剤３１，３２を、それぞれ単独で、高さ２００ｍｍで充填したものを作製し、図５に示すように、処理剤３１のみを充填したものを実験例３、処理剤３２のみを充填したものを実験例４の排ガス処理用カラムとした。
また、図４に示すように、上記のカラム本体２に、上記の処理剤３１，３２を、処理剤３１を下層（排出口）側とし、処理剤３２を上層（導入口）側として積層した状態で、高さ２００ｍｍで充填したものを作製し、比較例２の排ガス処理用カラムとした。この比較例２においては、処理剤３１と処理剤３２との高さ比率（充填比率）は、処理剤３１が、１５％、２５％、５０％となるように調整した。
さらに、図１に示すように、上記のカラム本体２に、上記手順で得られた処理剤３１，３２を、処理剤３２を下層（排出口）側とし、処理剤３１を上層（導入口）側として積層した状態で、高さ２００ｍｍで充填したものを作製し、実施例２の排ガス処理用カラムとした。この実施例２においても、処理剤３１と処理剤３２との高さ比率（充填比率）は、処理剤３１が、１５％、２５％、５０％となるように調整した。

［動的吸着量の評価］
まず、上記の実施例１、比較例１及び実験例１の条件で作製した排ガス処理用カラムの各々に対し、排ガスＧ１としＨＣｌを導入した。この際、導入口２１側から、２（Ｌ／ｍｉｎ）の流量で排ガスＧ１を導入した。また、この際の、カラム本体２内を導入口２１から排出口２２に向けて流れる排ガスＧ１の空間速度（Ｓ／Ｖ）は２００／ｈｒであった。

次に、排出口２２側から排出される処理ガス（排ガス）Ｇ２中のＨＣｌの濃度を、濃度測定装置（バイオニクス機器株式会社製：ＴＧ−３４００ＴＡ）で測定し、各排ガス処理用カラムの動的吸着量を調べた。この結果、各排ガス処理用カラムのＨＣｌの動的吸着量は、実験例３が５０．５Ｌ／Ｌ、実験例４が８９．１Ｌ／Ｌであった。

そして、実施例２及び比較例２の排ガス処理用カラムのＨＣｌの動的吸着量を測定し、実験例４（粒度の小さな処理剤３２）の処理能力（吸着量）及び圧力損失を１００％とした場合の、実施例２及び比較例２における吸着量比と、除去剤３中の処理剤３２の比率との関係を図３のグラフに示した。
この結果、比較例２の排ガス処理用カラムの吸着量比（動的吸着量）は、図３のグラフ中に示す◇印で表される直線となった。
一方、実施例２の排ガス処理用カラムのＨＣｌの吸着量比（動的吸着量）は、図３のグラフ中に示す□印で表される曲線となった。図３中に示すように、実施例２の排ガス処理用カラムは、粒度の小さな処理剤３２を一定とした場合の、比較例１に対するＨＣｌの吸着量比が大きく、高い動的吸着量を備えていることが明らかとなった。
なお、実施例２、比較例２及び実験例３，４における圧力損失についても、図３のグラフに示す△印で表される直線となり、積層形態の違いによる圧力損失への影響は認められなかった。

＜評価結果＞
上記の結果から明らかなように、本発明に係る構成を備える実施例１，２の排ガス処理用カラムは、比較例１，２及び実験例１〜４に比べて、圧力損失が増大することなく、有害物質であるホスフィン又はＨＣｌを効率的に除去することができた。これにより、本発明の排ガス処理用カラム、排ガス処理装置及び排ガス処理方法が、除去剤の充填量を減量したり、除去剤を圧力損失の低い種類のものに変更したりすることなく、圧力損失を低減しながら、効率的に有害物質を除去することが可能になることが明らかである。

本発明の排ガス処理用カラム、排ガス処理装置及び排ガス処理方法は、除去剤の充填量を減量したり、除去剤を圧力損失の低い種類のものに変更したりすることなく、圧力損失を低減しながら、効率的に有害物質を除去することができる。従って、本発明の排ガス処理用カラム、排ガス処理装置及び排ガス処理方法は、例えば、半導体装置の製造工程において排出される、有害物質を含有する排ガスを無害化する用途等において非常に好適である。

１…排ガス処理用カラム、
２…カラム本体、
２１…導入口、
２２…排出口、
３…除去剤、
３１…処理剤（粒度の大きな処理剤；動的吸着量の小さな処理剤；除去剤）、
３２…処理剤（粒度の小さな処理剤；動的吸着量の大きな処理剤；除去剤）

Claims (5)

1. 筒状のカラム本体と、該カラム本体内に充填された除去剤とを有し、少なくともガス状の有害物質を含有する排ガスから、前記除去剤によって前記有害物質を化学吸着して除去する排ガス処理用カラムであって、
   前記除去剤は、それぞれ粒度が異なり、且つ、同一材料からなる複数の処理剤からなり、
   前記複数の処理剤は、前記カラム本体内に、前記複数の処理剤の粒度毎に順次積層して充填されており、
   前記カラム本体の筒長方向において、粒度が大きな前記処理剤が配された側に前記排ガスの導入口が設けられるとともに、粒度が小さな前記処理剤が配された側に前記排ガスの排出口が設けられてなる、排ガス処理用カラム。
2. 筒状のカラム本体と、該カラム本体内に充填された除去剤とを有し、少なくともガス状の有害物質を含有する排ガスから、前記除去剤によって前記有害物質を化学吸着して除去する排ガス処理用カラムであって、
   前記除去剤は、それぞれ単一の有害物質に対する動的吸着量が異なり、且つ、同一材料からなる複数の処理剤からなり、
   前記複数の処理剤は、前記カラム本体内に、前記複数の処理剤の動的吸着量毎に順次積層して充填されており、
   前記カラム本体の筒長方向において、動的吸着量が小さな前記処理剤が配された側に前記排ガスの導入口が設けられるとともに、動的吸着量が大きな前記処理剤が配された側に前記排ガスの排出口が設けられてなる、排ガス処理用カラム。
3. 前記複数の処理剤は、前記動的吸着量が小さな処理剤が、前記動的吸着量が大きな処理剤よりも大きな粒度を有する、請求項２に記載の排ガス処理用カラム。
4. 請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の排ガス処理用カラムを備えてなる、排ガス処理装置。
5. 請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の排ガス処理用カラム、又は、請求項４に記載の排ガス処理装置を用いて、少なくともガス状の有害物質を含有する排ガスから前記有害物質を化学吸着処理する、排ガス処理方法。

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