JPH0389499A

JPH0389499A - 高周波誘導プラズマ装置

Info

Publication number: JPH0389499A
Application number: JP1227085A
Authority: JP
Inventors: Takeshige Wakabayashi; 若林　孟茂; Koichi Mizuno; 水野　光一; Yutaka Hinuma; 肥沼　豊; Reiji Aizawa; 相澤　玲司; Akira Kushiyama; 櫛山　暁; Satoru Kobayashi; 悟小林; Hideo Ouchi; 日出夫大内; Takanobu Amano; 天野　高伸; Hisashi Komaki; 久小牧; Yoshiharu Hirakawa; 平川　祥治
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology; Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
Priority date: 1989-09-01
Filing date: 1989-09-01
Publication date: 1991-04-15
Anticipated expiration: 2009-08-22
Also published as: JPH0665199B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、フロンガス、トリクロロエチレン等の有機化
合物中にフッ素、塩素、臭素を含む有機ハロゲン化合物
を効率良く分解することができるプラズマ反応法による
有機ハロゲン化合物の分解方法に使用して好適な高周波
誘導プラズマ装置に関する。

（従来の技術）フロンガス、トリクロロエチレン等の有機化合物中にフ
ッ素、塩素、臭素を含む有機ハロゲン化合物は、溶剤、
冷媒、消火剤等に幅広くかつ大量に使用されており、産
業における重要性が高い。

しかしながら、これらの化合物は、揮発性が高く、産業
で使用されるものの多くが大気、水、土壌等の環境中へ
放出され、その結果、オゾン層の破壊。

発がん性物質の生成、変異原性物質の生成等、環境に対
し、深刻な影響を与えることが指摘されている。

（発明が解決しようとする課題）使用済みの有機ハロゲン化合物を廃棄処理する場合には
、その反応性が極端に低いため、適切な分解処理方法が
ないのが現状である。

分解処理方法として従来より報告されているものは、主
に高温での燃焼技術である。しかしながら、この方法で
は、大量の炭化水素等の燃料と共に有機ハロゲン化合物
を燃焼させるため、エネルギー効率が極端に低く、又、
燃料タンクや燃焼炉が大型のため、装置全体を小形化す
ることができない。更に、燃焼に伴って発生する遊離ハ
ロゲンが高温の炉壁と接触し、特に、有機フッ素化合物
を燃焼させた場合には、炉の腐蝕が甚だしい。

本発明者は、有機ハロゲン化合物を容易に分解できる方
法について鋭意研究した結果、高周波。

マイクロ波による誘導加熱方式あるいは直流加熱方式等
によって生成されたプラズマを用いた分角１方法を見出
した。これは、プラズマ状態下では、物質が非常に反応
性に富む現象を利用したもので、有機ハロゲン化合物の
ような難分解性化学物質を短時間で分解できることに基
づくものである。すなわち、１００００６Ｃ以上に達す
る高温プラスマ中では、はとんど全ての分子は解離して
原子状態に分解が行われるものと思われる。

このようなプラズマを用いた分解方法で考慮すべき点は
、液状の有機ハロゲン化合物をプラズマフレーム中に効
率良く導く点である。すなわち、液状の有機ハロゲン化
合物を直接プラズマフレーム中に導入しても、液状の有
機ハロゲン化合物は、プラズマフレーム中を単に通過し
てしまい、分解されるに至らない。また、液体を直接プ
ラズマフレーム中に導入すると、プラズマの状態が不安
定となり、極端な場合には、プラズマが消滅してしまう
。

本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、その目
的は、フロン、トリクレン等の有機ハロゲン化合物を高
濃度であっても高効率で分解することができるプラズマ
反応法による有機ハロゲン化合物の分解方法を実施する
ために好適な高周波誘導プラズマ装置を実現することに
あり、特に、プラズマ中に液状の有機ハロゲン化合物を
効率良く供給して分解することができる装置を実現する
にある。

（課題を解決するための手段）本発明に基づく高周波誘導プラズマ装置は、円筒状の管
と、ガス供給ノズルと、管の周囲に巻回されたＲＦコイ
ルと、ノズルに設けられた孔と、管の中に形成されるプ
ラズマ中に噴出させる液状物質を蒸気化し、キャリアガ
スに含ませる手段と、キャリアガスを孔に導くための手
段と、ノズルに設けられた冷却液の通路と、冷却液の通
路に冷却液を供給するための手段と、冷却液の通路に供
給される冷却液を加熱する手段とを備えたことを特徴と
している。

（作用）本発明では、プラズマトーチの上部に設けられたノズル
の孔に蒸気化した液状物質を含むキャリアガスを供給す
る。また、プラズマフレームによって加熱されるノズル
を冷却するためにノズルに冷却液を供給するが、ノズル
が冷却液によって冷却され過ぎ、キャリアガスも冷やさ
れて、キャリアガスに含まれている蒸気化した液状物質
が水滴に戻ることを防止するため、冷却液を加熱してノ
ズルに供給する。

（実施例）以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。添附図面は本発明に基づく高周波誘導プラズマ装置を
用いた、フロン等の有機ハロゲン化合物を分解するシス
テムを示している・。誘導プラズマトーチ１は、石英等
の絶縁性物質で形成された円筒状の管２．ガス供給ノズ
ル３および管２の周囲に巻回されたＲＦコイル４等によ
ってＩｂｆｆ１されている。ガス供給ノズル３には、リ
ング状の溝５が穿たれており、その溝５の外側にはリン
グ状のプレート６が溶接されている。リング状のプレー
ト６には、多数の微小孔７が穿たれており、又、溝５は
、ノズル３内部に穿たれた孔８の一端が接続されている
。孔８の他端は、ノズル３の上部において、管９に接続
されている。

管９は、途中で分岐しており、一方は第１の容器１０内
部に、他方は、第２の容器１１内部に導入されている。

第１の容器１ｏ内には、分解されるべきフロン１１３の
如き液状の有機ハロゲン化合物１２が入れられている。

第１の容器１ｏ内の有機ハロゲン化合物の中には、キャ
リアガス供給管１３の一端が挿入されている。キャリア
ガス供給管１３の他端は、フローコントローラ１４を介
して、アルゴンガス源１５に接続されている。第２の容
器１１内には、水１６が入れられており、この水１６の
中には、キャリアガス供給管１７の一端が挿入されてい
る。キャリアガス供給管１７の他端は、フローコントロ
ーラ１８を介してアルゴンガス源１５に接続されている
。

管９の途中には、切換バルブ１つが設けられている。切
換バルブ１つは、第１の容器１０と第２の容器１１から
のガスと、アルゴンガス源２０からのガスとを切換えて
ノズル３に穿たれた孔８に導くようにしている。アルゴ
ンガス源２０からのガス流量は、フローコントローラ２
１によって制御される。

プラズマトーチ１を構成する円筒状の管２の下部には開
口２２が設けられており、この開口２２には排気管２３
が接続されている。排気管２３は、排気されるガスの中
に含まれている粉末物質をトラップするサイクロン２４
に接続されている。サイクロン２４を通過した排気ガス
は、管２５に導かれるが、管２５は、内部にアルカリ性
水溶液、例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）２６が入れ
られた容器２７内に導入されている。容器２７の上部に
は、内部気体の排出管２８が設けられており、この排出
管２８は、内部にアルカリ性固体、例えば酸化カルシウ
ム（Ｃａｂ）２９が入れられた容器３０の下部につなが
れている。容器３０の上部には、内部の酸化カルシウム
２つの間を通過した気体の排出管３１が設けられている
。

前記プラズマトーチｌのノズル３には、プレート６によ
ってカバーされたリング状の満５が設けられているが、
ノズル３には、更に、リング状の通路３２が設けられて
いる。リング状の通路３２は、ノズル３の上部で外部に
開放している第１の孔３３と、第２の孔３４とに接続さ
れている。第１の孔３３には管３５が接続されているが
、管３５の他端は、冷却液槽３６に至っている。第２の
孔３４には管３７が接続されているが、管３７の他端は
、冷却槽３６内の冷却液３８の中に押入されている。管
３７の途中には、ポンプ３つが取付けられており、ポン
プ３つは、冷却槽３６内の冷却液３８を吸引し、管３７
を通って冷却液をノズル３に設けられたリング状の通路
３２に導く。冷却槽３６内の冷却液３８の中には、ヒー
タ４０及び温度検出器４１が入れられている。ヒータ４
０は、コントローラ４２から適宜な電流が供給されてお
り、また、温度検出器４１からの温度信号はコントロー
ラ４２に供給されている。

このように構成された装置の動作を説明すれば以下の通
りである。装置の初期状態においては、管９の途中に設
けられた切換バルブ１９を操作し、アルゴンガス源２０
からのアルゴンガスがノズル３の孔８を介して溝５内に
供給されるようにする。

溝５へのアルゴンガスの供給により、アルゴンガスは、
プレート６に設けられた多数の微小孔７から円筒状の管
２内部に噴出される。この状態で、ＲＦコイル４に高周
波を供給し図示外の点火機構により、プラズマＰを青火
する。

その後、切換バルブ１つを切換え、アルゴンガス源２０
からのアルゴンガスに代え、第１の容器１０と第２の容
器１１からのガスがノズル３の孔８を介して溝５内に供
給されるようにする。第１の容器１０においては、内部
の有機ハロゲン化合物溶液１２中に、アルゴンガス源１
５に接続されているキャリアガス供給管１３が挿入され
ており、有機ハロゲン化合物１２内に開放された管１３
の端部から、フローコントローラ１４によって適宜な流
量にされたアルゴンガスが噴出される。この結果、有機
ハロゲン化合物は、アルゴンガスのバブリングにより、
蒸気となってガスの中に含まされ、第１の容器１０内か
ら管９の中に排出される。

また、第２の容器１１においては、内部の水１６の中に
アルゴンガス源１５に接続されているキャリアガス供給
管１７が挿入されており、水１６の中に開放された管１
７の端部から、フローコントローラ１８によって適宜な
流量にされたアルゴンガスが噴出される。この結果、水
は、アルゴンガスのバブリングにより、蒸気となってガ
スの中に含まされ、第１の容器１１内から管９の中に排
出される。

管９の途中の分岐部Ｊで有機ノ１０ゲン化合物の蒸気を
含んだアルゴンガスと、水蒸気を含んだアルゴンガスは
混合され、混合ガスは、ノズル３の孔８を介して溝５中
に導入される。混合ガスは、溝５から、プレート６に設
けられた多数の微小孔７を通って管２内に噴き出され、
プラズマフレームＦ中に導入される。このとき、プラズ
マの温度は１万度〜１万５千度になっており、プラズマ
フレームＦ中に導入された有機ハロゲン化合物及び水は
、高温により高い効率で分解して下記に示す化学反応を
する。

有機ハロゲン化合物としてトリクロロフルオロメタン（
フロン−１１・・・ＣＣＮ５Ｆ）をプラズマ中で分解さ
せた場合、水との間で、次の反応が生じる。

ＣＣｊ！　３　Ｆ＋２Ｈ２０＝　ＣＯ２＋３　ＨＣｆＩ＋　ＨＦ分解された分子を含む排出ガスは、管２の底部の開口２
２から排出管２３を通って、サイクロン２４内に導かれ
る。このとき、フロン−１１に比べて水が少ないと過剰
の炭素を生じるが、このサイクロン２４内で、排出ガス
中に含まれている炭素等の微粉末はトラップされる。サ
イクロン２４を通ったガスは、管２５から容器２７の内
部の水酸化カリウム水溶液２６中に導入される。この溶
液２６中に排出ガスを通すことによって、ＨＣｌ２゜Ｈ
Ｆ等の酸を含む排出ガスは中和される。中和されたガス
は、容器２７の底部から排出管２８を通って、容器３０
内部に導入され、容器３０内部の酸化カルシウム２つに
よって脱水される。脱水されたガスは、安定な、環境に
影響をほとんど与えない化合物であり、適宜大気中に放
出される。

ここで、ノズル３は、プラズマフレームＦが接近して形
成されるために、プラズマフレームによって高温に加熱
され、溶けてしまうことも考えられる。そのため、この
実施例では、ノズル３内部にリング状の冷却水通路３２
を設け、この冷却水通路３２に、冷却槽３６から水ある
いは油の如き冷却液３８を供給するようにしている。冷
却槽３６内の冷却液３８は、ポンプ３つによって吸い上
げられ、管３７．第２の孔３４を通って冷却液通路３２
に導かれる。冷却液通路３２を通った冷却液は、第１の
孔３３および管３５を通って冷却槽３６に戻される。

このようにしてノズル３は冷却され、プラズマフレーム
Ｆによってノズル３が溶かされるようなことは防止され
る。しかしながら、有機ハロゲンや水の温度に比べてノ
ズル３が冷却液によって冷却され過ぎると、孔８を通り
、溝５に供給される蒸気化された有機ハロゲン化合物や
水が、水滴の状態に戻されてしまう。水滴の状態となっ
た有機ハロゲン化合物や水は、プラズマフレームＦ中に
導入されても、フレーム中に拡散されず、単に通過して
しまい、有機ハロゲン化合物の分解を効率よく行うこと
ができなくなる。そのため、この実施例では、ポンプ３
９によって吸い上げられる冷却液をヒータ４０によって
加熱するようにしている。プラズマフレームＦ中に噴出
させる物質がフロンの場合、フロンの沸点はそれ程高く
ないので、この冷却液の温度は、４０℃〜５０℃程度に
されている。冷却液の温度は、温度検出器４１によって
測定されており、温度信号はコントローラ４２に供給さ
れ、コントローラ４２はヒータ４ｏに供給する電流を制
御して、常に冷却液３８の温度を、キャリアガスに含ま
れる有機ハロゲン化合物蒸気が水滴に戻されないような
温度に維持するようにしている。

以上本発明の実施例を詳説したが、本発明はこの実施例
に限定されない。例えば、トーチのノズルに溝を一つ設
け、この溝にアルゴンガスとバブリングによって有機ハ
ロゲン化合物の蒸気を含んだキャリアガスとを切換えて
供給するようにしたが、ノズルに溝を二つ設け、一方に
はアルゴンガスとバブリングによって有機ハロゲン化合
物の蒸気を含んだキャリアガスとを切換えて供給するよ
うにし、他方には、継続的にアルゴンガスを供給するよ
うに構成しても良い。また、有機ハロゲン化合物の分解
をするために、液状の有機ハロゲン化合物を蒸気化し、
プラズマ中に導入する場合を例に本発明を説明したが、
有機ハロゲン化合物の分解の目的以外に、他の液状物質
を蒸気化してプラズマ中に導入する場合にも本発明を適
用することができる。

更に、有機ハロゲン化合物と水が入れられた容器の内部
の夫々に加熱ヒータと温度計とを設け、常に有機ハロゲ
ン化合物と水とを３０°Ｃ〜４０°Ｃ程度の温度に維持
すれば、より蒸発を促進することができる。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、プラズマトーチ
の上部に設けられたノズルの孔に蒸気化した波状物質を
含むキャリアガスを供給すると共に、ノズルを冷却する
冷却液を加熱してノズル部に供給するように構成したの
で、液状物質を効率良くプラズマフレーム中に拡散させ
ることができ、また、ノズルが冷却液によって冷却され
過ぎ、キャリアガスも冷やされて、キャリアガスに含ま
れている蒸気化した液状物質が水滴に戻ることも防止さ
れる。

【図面の簡単な説明】

添附図面は本発明に基づく高周波誘導プラズマ装置を使
用した有機ハロゲン化合物の分解システムの一実施例を
示す図である。１・・・トーチ　　　　　　２・・・管３・・・ガス供
給ノズル　　４・・・ＲＦコイル５・・・溝　　　　　
　　　６・・・プレート７・・・微小孔　　　　　　８
・・・孔９、１３．　１７．２５．２８・・・管１０・
・・第１の容器　　　１１・・・第２の容器１２・・・
有機ハロゲン化合物１４．１８．２１・・・フローコントローラ１５・・・
アルゴンガス源　１６・・・水１つ・・・切換バルブ　
　　２０・・・アルゴンガス源２２・・・開口　　　　
　　２３・・・排気管２４・・・サイクロン２６・・・水酸化カリウム水溶液２７．３０・・・容器　　　２９・・・酸化カルシウム
３１・・・排出管３２・・・通路　　　　　　３３．３４・・・３５．３
７・・・管　　　　３６・・・冷却槽３８・・・冷却液
　　　　　３つ・・・ポンプ４０・・・ヒータ　　　　
　４１・・・温度検出器４２・・・コントローラ特許出願人工業技術院長日本電子株式

Claims

【特許請求の範囲】

円筒状の管と、ガス供給ノズルと、管の周囲に巻回され
たＲＦコイルと、ノズルに設けられた孔と、管の中に形
成されるプラズマ中に噴出させる液状物質を蒸気化し、
キャリアガスに含ませる手段と、キャリアガスを孔に導
くための手段と、ノズルに設けられた冷却液の通路と、
冷却液の通路に冷却液を供給するための手段と、冷却液
の通路に供給される冷却液を加熱する手段とを備えた高
周波誘導プラズマ装置。