JPH04502957A - 酸素を除去した有毒気体溶出物の燃焼のための方法および装置 - Google Patents

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】 発明の名称 酸素を除去した有毒気体溶出物の燃焼のための方法および装置 この発明は、酸素を除去した有毒気体溶出物の燃焼による消滅のための方法およ び装置に関するものである。

このような溶出物の除去の問題は、特に、集積回路製造工場において発生してい る。集積回路製造工場においては、材料のドーピングのために、水素化砒素（ア ルシン）、および／または、水素化燐（ホスフィン）、および／または、水素化 シリコン（シラン）・・が使用されている。

上記ガスは、有毒であるので、これらを含むガス流は、大気中に放出する前に必 ず清浄に処理しなければならない。

従来の公知の処理方法として、上記ガスを燃焼させる方法がある。この方法によ り、燃焼生成物は、有毒でなくなるか、または、容易に除去（例えば、酸化砒素 については濾過による）し得るものとなる。

Ｎｏ、　２６１２６０６によって公告されたフランス特許ＦＲ８７０３７２９に は、このような方法および関連する装置が開示されている。上記フランス特許に よれば、燃焼ガス供給管に囲まれた中央導管を通じて、溶出物を燃焼帯に導く。

燃焼ガス供給管自体も、燃焼支援空気を供給する３本の環状導管によって囲まれ ている。バーナーへの酸化物の付着を防止するために、燃焼帯を押し戻すように 、バーナーの前方に、層状の流れを、できるだけ長く維持するようにする。この 目的のために、ガスの流量および流速を制御する。また、同じ目的のために、燃 焼ガスの流れが、燃焼支援ガスに関して溶出物を保護するためのシールドを形成 するようになっている。

この発明において、出願人は、先行技術とは逆に、激しい乱流を生じさせるよう な燃焼方法を提案する。

即ち、この発明の目的は、可燃ガスおよび１次燃焼支援ガスの供給を受ける内部 円錐部からなる炎中における、酸素を除去した有毒気体溶出物を燃焼することに ある。この発明の方法は、減圧下で実施される。この方法においては、前記気体 溶出物および２次燃焼支援ガスを、前記内部円錐部のレベルで別々に導入する。

前記２次燃焼支援ガスは、燃焼支援ガスの過剰、温度の維持、および、前記内部 円錐部のレベルでの乱流ガス体の生成のために十分な流量および流速で、前記内 部円錐部の軸に向けられた少なくとも１本のジェットの形で導入される。有毒気 体溶出物は、前記乱流ガス体中に導入される。

従って、この発明は、酸素が除去された有毒気体溶出物の燃焼のための方法から なっている。これらの溶出物自体は、爆発性を有していない。しかしながら、酸 素が介在すると、爆発性を有する場合がある。

溶出物は、不純物を含むベクトルガスによって構成されている。前記ベクトルガ スは、水素、窒素・・・またはガス混合物であってもよい。空気および酸素は明 白に除外される。

この発明の方法に従って燃焼されるべき前記気体溶出物は、上述したように、電 子産業における溶出物であってもよい。このような溶出物は、水素化物、特にホ スフィン、アルシン・・・および／または、シラン・・・および／または、特に 、Ｂ、Ｐ、Ａｓ、Ｔｅ。

Ｓｅ、ＣＩ、Ｆ原子を含むその他の化合物を含有している。

前記気体溶出物は、原子力産業のものであってもよい。この場合、問題となる可 能性があるのは、熱分解の放射性ガス、および／または、トリチウムを含有する 放射性ガスである。

炎の内部円錐部は、燃焼帯の先端部に位置され、燃焼ガス（例えば天然ガス）お よび燃焼支援ガス（例えば空気）の供給を受ける従来型のバーナーから得られる 。この燃焼支援ガスは、本出願明細書においては、他の燃焼支援ガスの流れと区 別するために、１次燃焼支援ガスと呼ばれる。１次燃焼支援ガスの流量は、僅か に過剰（約１０％）の燃焼支援ガスを用いて確実に行うように調整するのが有利 である。

この発明によれば、２次燃焼支援ガスを、有毒溶出物の燃焼に必要な量に関して 過剰な量の燃焼支援ガスを供給するのに十分な流量で、且つ、内部円錐部のレベ ルで乱流ガス体を発生させるのに十分な流速で、内部円錐部に向けてジェット状 に送り込む。

２次燃焼支援ガスは、例えば、空気である。

２次燃焼支援ガスの流量および流速は、内部円錐部の外観を変化させるような流 量および流速である。即ち、その色が変化し、その形状が乱れて渦流が認められ るようになる変化である。このようになれば、ガス体が、乱流になったというこ とができる。この現象は、当業者には知られている。

また、２次燃焼支援ガスの流量および流速は、燃焼帯における温度の維持と、燃 焼支援ガスの過剰を確保するように決定することも必要である。

流速は、毎秒数十メートルまで上昇させてもよい。

２次燃焼支援ガスは、前記内部円錐部の軸に向けて、１本またはそれ以上のジェ ットの形で導入される。

これらのジェットは、内部円錐部の軸に向けて収束せしめてもよ（、または、前 記内部円錐部を中心とする燃焼支援ガスの渦流運動を生じさせるような方向とし てもよい。この場合には、ジェットの方向も乱流の発生に役立つ。

この発明の方法は、燃焼帯の外部の気圧（大気圧）に関して、減圧した圧力で実 施される。このような減圧によって、ガスのポケットの形成を防止することがで き、ガスが外部に向かって分散することを避けることができる。更に、これによ って、この方法が実施されている装置から出るガスの抽出が容易になる。

この減圧は、０．５から６ｍｂａｒ（または５０から６００Ｐａ）の範囲内であ る。

２次燃焼支援ガスは、下記を発生させる２個の異なった回路を経由して供給され ることが望ましい。

−乱流ガス体および所望の燃焼温度を得るのに十分な一定の流量および流速を有 する少なくとも１本の固定ジェット。

−温度を維持するための、流量可変な少な（とも１本の可変ジェット。このジェ ットによって、過剰な燃焼ガスの供給も確保される。

可変（２次）燃焼支援ガスの流れは、ガス体を冷却し、必要に応じて、燃焼帯の 温度を低下させることを可能にする。この流れが存在しないと、温度が上昇し、 温度の上昇は、可燃ガス／１次燃焼支援ガスの流量をｒｉｉｍすることによって 加速することができる。

この発明においては、有毒気体溶出物をジェット状に（１本またはそれ以上のジ ェットで）導入して乱流ガス体を形成するだけで十分である。２次燃焼支援ガス の流入部に関して、溶出物ジェットの到着場所はあまり重要ではなく、ガス体上 に乱流が形成されるだけで十分である。

各有毒溶出物の性質が異なる場合は、内部円錐部のレベルで８σ個のジェットを 導入してもよく、または、導入する前に混合してもよい。

有毒溶出物は、断続的に導入してもよい。２次燃焼支援ガスの流量は、一般に、 燃焼帯における温度の測定によって決定される。この発明の方法は、流量および 流速が制御されていない溶出物の処理を可能にするという利点を有している。こ の場合、燃焼を可能にするには、燃焼支援ガスの流量および流速を調節するだけ で十分である。

燃焼帯の温度は、上述した有毒ガスの処理のため、一般に９００℃以上である。

この温度は、この発明の方法が実施される装置全体　−即ち、反応が終了する燃 焼後続体も加えて完全な全体となることのできる燃焼帯　−での有毒ガスの少な くとも９９％の消滅を達成し得るように選択する。

いずれの場合にも、当業界の熟練者によって、限界温度よりも高い温度が選ばれ る。限界温度とは、燃焼帯においてガス混合物の爆発性が生じる温度である。

混合物がどのようなものであっても、当業者は、限界温度を約８００℃に設定す る。

処理すべき溶出物がない場合は、燃焼帯の中に存在するガスの爆発性発生温度を よりも僅かに高い温度に装置を置くことが有利である。

燃焼反応を継続させるためには、燃焼帯から発生するガスを、耐火物のライニン グを含む燃焼後続帯に向けて送るのが有利である。このライニングは、燃焼帯中 の燃焼温度よりも高い温度にするのが有利である。

このライニングによって、ガスの濾過および装置内での熱量分布の改善が行われ る。

燃焼後続帯も、同様に減圧下にあることは言うまでもない（でき得れば０．５か ら釦ｂａｒの範囲内）。

燃焼後続帯の頂部（ライニングを含む底部と相対する部分）に、燃焼後続帯にお ける燃焼支援ガスの過剰を確保するように、３次燃焼支援ガス（一般に空気）の 小さな流れをもたらす漏出部を設けることが賢明である場合がある。

燃焼支援ガスの流量および流速は、上述した存毒溶出物に対して適用する場合に ついては、燃焼後続帯において、９００〜１２００℃、好ましくは約１０００℃ の温度が得られるように調節する。

残留有毒物の量および適用される廃棄基準に応じて、排ガスは直接大気中に放出 してもよ（、または、処理してもよい。

この発明は、上述した方法を実施するための、酸素を除去した有毒気体溶出物の 燃焼のための装置に関するものである。この発明の装置は、下記からなっている 。

−トンネルまたは燃焼帯。その底部は、トンネル状に開き、同一軸を有する円錐 状の壁面で構成されている。可燃ガスおよび１次燃焼支援ガスの供給を受けるバ ーナー。バーナーは、内部円錐部がトンネルの底部近（に位置するように、軸上 に配置されている。

−前記トンネルの底部のレベルに２次燃焼支援ガスを供給するための少なくとも １本の管。この管は、前記燃焼支援ガスが、ジェットとして内部円錐部に向けら れるような方向に向けられている。

−前記トンネルの底部のレベルに有毒気体溶出物を供給するための少なくとも１ 本の管。この管は、溶出物が内部円錐部の軸に向かって収束するジェットとなる ような方向に向けられている。

−トンネル中に減圧を生じさせるガス抽出装置。

この発明の装置は、底部が円錐状の壁面で構成された燃焼トンネルからなってい る。この壁面は、一般に、装置を外部から断熱するような、十分な厚さを有する 耐火物で構成されている。

円錐状の底部には、バーナー用の凹部が設けられている。バーナーは、可燃ガス を導入するための管と、１次燃焼支援ガスを導入するための管とからなっている 。

これは、例えば、トンネルの底部に作られたタップ・ホールであってもよく、こ こにバーナーが開いており、この場合の内部円錐部は、タップ・ホール中で形成 される。

別の実施態様では、バーナーは２本の同芯管からなっている。可燃ガスを供給す る管は、トンネルの円錐状の底部に関して凹部を形成しており、内部円錐部が形 成される前に、可燃ガスと１次燃焼支援ガスとの混合が容易に行われるようにな っており、内部円錐部の基底部は、はぼ燃焼トンネルの円錐状の底部のレベルと なる。

これらの管には、流量を調整するための手段が設けられている。流量は、装置内 の温度の測定によって決定することが望ましい。

２次燃焼支援ガスおよび有毒溶出物の導入部は、燃焼トンネルの円錐状の壁面上 に開いている。

２次燃焼支援ガスは、円錐状壁面の厚さ全体にわたって壁面を横切る１本または それ以上の管を介して供給される。これらの管の寸法は、ガスがジェット状に放 出されるような寸法である。これらの管には、ジェットによって覆われる表面を 太き（するために、スロットを設けてもよい。

複数の管、例えば、３本または４本の管を、円錐状壁面の周辺上に等間隔で配置 すれば、更に有利な実施態様となる。各場合に応じて、各ジェットがほぼ同一点 で内部円錐部の軸に向かって収束するように管を配置するか、または、導入され る燃焼支援ガスの回転運動を生じさせるように、円錐部壁面の周辺上で各管を同 一角度で傾斜させる。

溶出物を供給する管も、円錐状壁面を横切っており、溶出物のジェットをほぼ同 一点で内部円錐部の軸の方向に向けるように配置される。複数の管は、円錐状壁 面の周辺部全体にわたって等間隔に分布して配置することが望ましい。

固定ジェット用の２次燃焼支援ガスのための管１、および、可変ジェット用の管 は、各タイプのジェットを、それぞれ、他のジェットとは独立した方向に向けて 設けることが望ましい。

実施態様を示すと、管は、壁によって２つの部分に分けられ、この場合のジェッ トは、はぼ同一の点に向けられる。

燃焼トンネルの寸法は、処理すべき生成物、使用する燃焼温度および滞留時間な どに応じて当業者が決定する。

装置内で減圧を得るために、ガス抽出管上には、例えば、抽出ファンなどの装置 が取り付けられる。

有利な装置として、燃焼トンネルの次に燃焼後続帯が続いている装置が挙げられ る。燃焼後続帯も、耐火物製の壁面からなり、その軸は、燃焼トンネルの軸に対 しである角度をなしているのが有利である。燃焼後続帯の底部には、耐火物製の ライニングが設けられており、横方向管によって、このライニングを横切ったガ スが放出される。

燃焼後続帯の頂部（頂部は底部と向かい合っている）には、取り入れ用蝶形弁を 配置してもよ（、これによって、（３次）燃焼支援ガスを燃焼後続帯の底部に向 けて通過させることができる。螺形弁は、予期しない過圧を補償するための膨張 弁として使用すると有利である。

次に、この発明を、図面を参照しながら説明する。

第１図Ａおよび第１図Ｂに、この発明の装置の好ましい実施態様を示す。

第２図Ａ、第２図Ｂおよび第８図Ａは、バーナーおよびガス用の管を備えたトン ネルの底部の断面図（燃焼トンネルの軸方向に見たところ）である。第３図Ｂは 、第１図ＢにおけるＦ方向の断面図である。

第１図Ａには、軸（Ｄ）を有する燃焼トンネル１、および、これに続（燃焼トン ネル１に直角に配置された燃焼後続帯２からなる装置が示されている。

トンネル１の底部は、トンネル上に開いている円錐状壁面８によって構成されて いる。底部を備えたトンネルは、断熱を確保するために、厚い耐火煉瓦（または その他の材料）４によってとり囲まれている。

トンネルの底部中には、軸（Ｄ）に沿って、円錐状壁面の厚さ全体にわたって凹 部が設けられている。凹部の中には、バーナー５が埋め込まれている。バーナー ５は、可燃ガス（天然ガス）を導入するための導管６および１次燃焼支援ガス（ 空気）を供給する導管７からなっている。内部円錐部８は、トンネルの底部で形 成されている。

内部円錐部の基底部は、第１図Ａにおいては、円錐状壁面の円錐部の底部にあり 、第１図Ｂにおいては、円錐部の底部中に配置された凹部上に設けられたタップ ・ホール中にある。

管９および１０は。円錐状壁面を横切って、それぞれ２次燃焼支援ガス（空気） および有毒溶出物を供給する。

第１図Ａおよび第２図Ａに示した例では、３本の管９および３本の管１０が設け られている。３本の管９は、その延長軸が点Ａにおいて、また３本の管１０は、 その延長軸が点Ｂにおいて、トンネルの軸（Ｄ）上に収束するように配置されて いる。点Ｂは、点Ａを越えた側に位置している。

これに対して、第１図Ｂでは、管９は、点Ａ１および点Ａ２に収束し、管１０は 、点Ｂに収束し、そして、点Ａ１および点Ａ２は、点Ｂを越えた側に位置してい る。

第２１１Ａの断面図に示すこの発明の実施態様によれば、２次燃焼支援ガスを供 給する管９は、スロット状であり、一方、管１０は円形である。

第８図Ａは、その変形例を示すもので、管９は、仕切り壁１１によって、２つの 部分に分けられている。バーナーに近い方の部分１２には、固定ジェットの２次 燃焼支援ガスが循環しており、他方の部分１３には、可変ジェットの２次燃焼支 援ガスが循環している。これら２つの部分は、別々の管を介してガスの供給を受 けている。ガスの流量および流速を調整するための適当な手段が、供給管に設け られている。

第１図Ｂは、それぞれ可変ジェットおよび固定ジェットによる２次燃焼支援ガス を供給する別の管９Ａおよび９Ｂを示したものである。

第２図Ｂは、内部円錐部を中心として２次燃焼支援ガスが固定ジェットで回転運 動を生じさせるように傾斜させた管９Ｂの断面図を示したものである。

管１０は、例えば、それぞれ性質の異なる有毒溶出物を供給する３本の管１０Ａ 、　ＩＯＢ、　ＩＯＣの３つのグループに分けられている。これらのクループの 管は、円錐状壁面の周辺上に等間隔で配置されている。

第１図Ａによれば、燃焼トンネル１から出たガスは、燃焼後続帯２において方向 を変える。燃焼後続帯２は、その底部にライニング１４（例えば、シリコン・カ ーバイド製のもの）を有し、タッピングドア１５を経て排気することでき、ドア １６を通して供給を受けることができる。ドア１６は、螺形弁１７からなってい てもよく、この螺形弁を介して、８次燃焼支援ガス（空気）が導入され、ライニ ングに向かう燃焼ガスに巻き込まれる。ライニングを通過したガスは、管１８を 介して装置から排出される。

次に、この発明を、実施例に基づいて説明する。

上述した装置において、円筒状の燃焼室は、外径的１、２００ｍｍ、内径的４０ ０ｍｍ、内側長さ約ｆ、　６００ｍｍを有しており、燃焼後続室−前記燃焼室に 統（二は、シリコン・カーバイドの集合体を収容しており、この装置によって、 体積で６．０００ｐｐｍのアルシン含有ガスを、１４Ｎｍ”／ｈの流量で処理し た。

燃焼トンネルの頭部の軸上には、バーナ一本体を支持するバーナー・タップ・ホ ールおよび空気とガスの導入口がある。

アルシン含有ベクトル・ガスは、タップ・ホール中を燃焼トンネルに向かって送 られる。ガスは、下記からなっている。

−水素：　１０．２　Ｎｍ”／ｈ −窒素：　３．ＯＮｍ”／ｈ。

使用した可燃ガスは天然ガスで、流量１．１Ｎｍ”／ｈでバーナーの先端に供給 され、バーナー中であらかじめ６Ｎｍ”／ｈの１次空気（１次燃焼支援ガス）と 混合されるＱバーナーの炎の外観のいかんにかかわらず、化学量論上の量に関し て１０％の過剰空気を用いて、空気／ガス比を一定に保った。

バーナーのタップ・ホールを介して、２次燃焼支援ガスも流速１２ｍ／ｓで供給 される。２次燃焼支援ガスの組成は、下記の通りであった。

−燃焼トンネルの乱流掃気のための、一定の流量（３３Ｎｍ”／ｈ）および一定 の流速（１２ｍ／ｓ）の空気。

−温度維持のための可変流量（０〜３５Ｎｍ”／ｈ）の空気。

トンネル内の減圧は、５　ｍｂａｒである。

シリコン・カーバイドのライニングの前で測定した温度は、１．０００℃である 。この温度でのフユームの量は、９ＯＮｍ”／ｈである。

前記フユームは、次いで熱交換器内で１．０００℃から７００℃まで冷却され、 次いで、大気を用いて４倍（３２５Ｎｍ”／ｈ）に希釈して、濾過の前に１００ 〜１２０℃の温度まで冷却する。濾過は、極めて効率が高＜（０，３μｍ程度の 粒度のもの９９．９９％を除去）、煙道から放出する前に、形成された固体亜砒 酸を除去することを狙ったものである。

このレベルでのアルシン含有量は、体積で僅か０．５ｐｐｍとなる。従って、こ の装置によって得られる清浄歩留りは、９９．９６６％であり、これは、必要と される９９．９５％よりも大きい（冷却時における希釈も考慮に入れたもの）。

更に、煙道におけるフユームの組成は、はぼ次の通りであった。

−窒素　：　ａＯ，Ｏ％ −酸素　：　１８．０％ −水（水蒸気）：１．５％ −炭酸ガス　：０．５％ この装置は、特に電子産業から出るガスの清浄に適している。有毒な可燃要素を 事実上完全に燃焼させるばかりでな（、酸化窒素またはその他の有毒ガスの形成 も防止される。

国際調査報告 国際調査報告

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．可燃ガスおよび１次燃焼支援ガスの供給を受ける内部円錐部からなる炎中に おける、酸素を除去した有毒気体溶出物の燃焼のための方法であって、減圧下で 実施され、前記気体溶出物および２次燃焼支援ガスは、前記内部円錐部のレベル で別々に導入され、前記２次燃焼支援ガスは、燃焼支援ガスの過剰、温度の維持 、および、内部円錐部のレベルにおける乱流ガス体の形成のために十分な流量お よび流速で、前記内部円錐部の軸に向けられた少なくとも１本のジェットの形で 導入され、有毒気体溶出物は、前記乱流ガス体中に導入されることを特徴とする 、酸素を除去した有毒気体溶出物の燃焼のための方法。
2. ２．前記２次燃焼支援ガスは、乱流ガス体および所望の燃焼温度を得るのに十分 な一定の流量および流速を有する、少なくとも１本の固定ジェットの形で、そし て、前記温度の安定を可能にする可変流量での、少なくとも１本の可変ジェット の形で導入され、前記ジェットも過剰な燃焼支援ガスの供給を保証することを特 徴とする、請求の範囲１に記載の方法。
3. ３．前記２次燃焼支援ガスの流量は、燃焼帯の温度を測定することによって決定 することを特徴とする、請求の範囲１または２に記載の方法。
4. ４．前記燃焼帯から出るガスは、燃焼後続帯に向けて送られることを特徴とする 、請求の範囲１から８の何れか１つに記載の方法。
5. ５．前記燃焼帯および前記燃焼後続帯は、大気圧に関して、５０〜６００Ｐａの 減圧下にあることを特徴とする、請求の範囲１から４の何れか一つに記載の方法 。
6. ６．前記燃焼後続帯中における前記燃焼支援ガスの過剰を確保するために、前記 燃焼帯から出るガス中に、燃焼支援ガスの追加の流れ（３次燃焼支援ガス）を導 入することを特徴とする、請求の範囲４または５に記載の方法。
7. ７．前記燃焼後続帯の有効な温度は、９００〜１，２００℃の範囲内であり、好 ましくは約１，０００℃であることを特徴とする、請求の範囲４から６の何れか １つに記載の方法。
8. ８．処理済みの前記溶出物は、シラン，Ｂ，Ｐ，Ａｓ，Ｔｅ，Ｓｅ，Ｃｌおよび Ｆのうちの少なくとも１つを含有していることを特徴とする、請求の範囲１から ７の何れか１つに記載の方法。
9. ９．請求の範囲１から８の何れか１つに記載の方法により、酸素を除去した有毒 気体溶出物を燃焼させるための装置であって、 前記装置は、底部にバーナー５が設けられ、１次燃焼支援ガスである可燃ガスの 供給を受ける燃焼トンネル１からなっており、 前記トンネルの底部は、前記トンネル１上に開いていて、前記トンネル１と同一 の軸Ｄを有する円錐状壁面３によって構成されており、前記バーナー５は、内部 円錐部の基底部が前記トンネル１の底部近くに位置するように前記軸Ｄ上に配置 されており、そして、前記装置は、更に、前記トンネル１の底部レベルに２次燃 焼支援ガスを供給するための少なくとも１本の管９、前記管９は、前記燃焼支援 ガスがジェットとして前記内部円錐部に向けられているような方向に向けられて いる、と、 前記トンネル１の底部のレベルに有毒気体溶出物を供給するための少なくとも１ 本の管１０、前記管１０は、溶出物が前記内部円錐部の前記軸Ｄに向かって収束 するジェットとして向けられるような方向に向けられている、と、そして、 前記トンネル１中に減圧を生じさせるガス抽出装置とを含んでいることを特徴と する、酸素を除去した有毒気体溶出物を燃焼させるための装置。
10. １０．前記２次燃焼支援ガスを供給する前記管９は、スロット状である、請求の 範囲９に記載の装置。
11. １１．前記装置は、２次燃焼支援ガスを供給する少なくとも２本の管９を含んで おり、その一方は、固定ジェット用であり、そして、その他方は可変ジェット用 である請求の範囲９または１０に記載の装置。
12. １２．前記燃焼トンネル１は、燃焼後続帯２によって延長されており、その軸は 前記トンネル１の軸Ｄと角度をなし、前記燃焼後続帯２は、その底部に、耐火物 ライニング１４が施されていることを特徴とする、請求の範囲９から１１の何れ か１つに記載の装置。
13. １３．前記燃焼後続帯２の項部には、蝶形弁１７が配置されていることを特徴と する、請求の範囲１２に記載の装置。