JPH1142422A

JPH1142422A - アンモニア含有排ガスの除害装置

Info

Publication number: JPH1142422A
Application number: JP9201714A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Koseki; 修一小関; Fumiyoshi Endou; 文誉遠藤; Maya Yamada; まや山田; Akihiko Nitta; 昭彦新田
Original assignee: Japan Oxygen Co Ltd; Nippon Sanso Corp
Current assignee: Japan Oxygen Co Ltd; Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 1997-07-28
Filing date: 1997-07-28
Publication date: 1999-02-16

Abstract

(57)【要約】【課題】アンモニアを高濃度で含有するとともに、触
媒毒として作用する他の有害成分を含有する排ガスの除
害処理を効率よく行う。【解決手段】本発明の除害装置は、排ガス中のアンモ
ニアを除く有害成分を除去する除去剤を充填した充填筒
１と、充填筒１から導出した排ガスに酸素含有ガスを添
加する酸素導入部３と、添加した酸素とアンモニアとを
反応させてアンモニアを無害な窒素と水とに分解する酸
化触媒を充填したアンモニア分解筒２とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アンモニア含有排
ガスの除害装置に関し、詳しくは、半導体製造装置やＬ
ＣＤ製造装置等から排出されるアンモニア含有排ガスの
除害装置であって、特に、アンモニアを比較的高濃度で
含むとともに、他の有害成分としてモノシランやジクロ
ルシラン等のケイ素化合物や、トリメチルガリウム等の
有機金属化合物を微量に含んでいる排ガスの除害処理を
行うための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ガリウム−窒素（ＧａＮ）やケ
イ素−窒素（ＳｉＮ）のような窒素化合物半導体薄膜を
ＣＶＤ法（化学気相成長法）によって製造する場合、Ｃ
ＶＤ装置には、窒素源としてのアンモニアガスや、ガリ
ウム源としてのトリメチルガリウムあるいはケイ素源と
してのモノシランやジクロルシランをキャリアガスに同
伴させて供給する。したがって、ＣＶＤ装置からは、未
反応のアンモニアやトリメチルガリウム，モノシラン，
ジクロルシラン等がキャリアガスと共に排出される。こ
れらのガスは、いずれも可燃性を有していたり、人体に
対して有害であったりするため、排ガスを大気に放出す
る前に排ガス中のこれらの成分を除害（除去）する必要
がある。

【０００３】上述のアンモニアや、モノシラン，ジクロ
ルシラン等のケイ素化合物、トリメチルガリウム等の有
機金属化合物を除害する方法としては、従来から種々の
方法が提案されている。例えば、スクラバーによってこ
れらの成分を溶液に溶解させる湿式法や、吸着剤にこれ
らの成分を吸着させる乾式吸着法等が知られており、さ
らに、アンモニアの場合には、触媒を用いてアンモニア
分子を無害な分子に分解する触媒分解法も提案されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述のＧａ
Ｎ膜を製造する場合は、排ガス中に、アンモニアが２０
〜３０％，トリメチルガリウムが数ｐｐｍ含まれてお
り、ＳｉＮ膜を製造する場合は、排ガス中に、アンモニ
アが約１０％，モノシランが数百ｐｐｍ含まれている。
このようにアンモニアを多量に含む排ガスを処理する場
合、前述の乾式吸着法では吸着剤（除害剤）を多量に必
要とし、その交換も頻繁に行わなければならず、さら
に、大量の廃棄物が発生するという不都合がある。ま
た、湿式法は、一般に処理効率が低く、装置も大型とな
る欠点がある。

【０００５】多量のアンモニアを処理するという点で
は、触媒分解法が最も適しているが、上述のように、ア
ンモニアと共にケイ素化合物等の他の成分を含む排ガス
を処理すると、触媒が劣化してアンモニアの分解処理を
十分に行えないことがある。例えば、モノシランは、空
気中の酸素と反応して二酸化ケイ素と水とを生成し、空
気（酸素）が無い状態でも、３７０℃程度でケイ素と水
素とに分解する。このようにして生成した二酸化ケイ素
やケイ素が触媒の表面を覆うと、触媒としての能力が発
揮できなくなり、アンモニアの分解処理が進まなくな
る。

【０００６】そこで本発明は、アンモニアを高濃度で含
有するとともに、触媒毒として作用する他の有害成分を
含有する排ガスの除害処理を効率よく行うことができる
アンモニア含有排ガスの除害装置を提供することを目的
としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のアンモニア含有排ガスの除害装置は、有害
成分として少なくともアンモニアを含有する排ガスの除
害処理を行うための除害装置であって、前記排ガス中の
アンモニアを除く有害成分を除去する除去剤を充填した
充填筒と、該充填筒から導出した排ガスに酸素含有ガス
を添加する酸素導入部と、添加した酸素とアンモニアと
を反応させてアンモニアを窒素と水とに分解する酸化触
媒を充填したアンモニア分解筒とを備えていることを特
徴としている。

【０００８】さらに、本発明のアンモニア含有排ガスの
除害装置は、前記除去剤が、水酸化銅，水酸化カルシウ
ム，水酸化ナトリウム，酸化鉄，酸化マンガンの少なく
とも一種を反応主成分とすること、前記酸化触媒が、酸
化銅，酸化クロム，酸化マンガン，酸化鉄，パラジウ
ム，白金の少なくとも一種であることを特徴とし、前記
アンモニア分解筒は、１５０〜３５０℃の温度範囲で前
記分解反応を行うことを特徴としている。

【０００９】なお、本発明において、アンモニア以外の
有害成分としては、アンモニアを窒素と水とに分解する
酸化触媒に対して触媒毒として作用する各種物質（気体
に限らず液体や粉末状の固体も含む）を対象とすること
ができるが、本発明では、前記窒素化合物半導体薄膜を
製造するＣＶＤ装置から排出されるアンモニア含有排ガ
ス中に含まれるアンモニア以外の有害成分、すなわち、
ケイ素化合物や有機金属化合物を主な対象としている。

【００１０】一般に、上記ケイ素化合物としては、モノ
シランやジクロルシラン等を挙げることができ、有機金
属化合物としては、トリメチルアルミニウム，トリエチ
ルアルミニウム，トリメチルガリウム，トリエチルガリ
ウム，ジメチル亜鉛，ジエチル亜鉛，トリメチルインジ
ウム，トリエチルインジウム，テトラメチル錫，テトラ
エチル錫，ターシャリーブチルホスフィン，トリメチル
アルシン，トリエチルアルシン，ターシャリーブチルア
ルシン等の金属アルキル化合物や、テトラメトキシシラ
ン，テトラエトキシシラン，トリメトキシホスフィン，
トリエトキシホスフィン，トリメトキシアルシン，トリ
エトキシホスフィン，トリメトキシアルシン，トリエト
キシアルシン，ペンタエトキシタンタル等の金属アルコ
キシド等を挙げることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明のアンモニア含有
排ガスの除害装置の一形態例を示す系統図である。この
除害装置は、排ガス流路の上流側に設けられた充填筒１
と、この充填筒１の下流側に設けられたアンモニア分解
筒２と、充填筒１とアンモニア分解筒２との間に設けら
れた酸素導入部３と、アンモニア分解筒２に導入するガ
スを加熱するヒーター４とにより形成されている。

【００１２】前記充填筒１には、排ガス中のアンモニア
を除く有害成分を除去する除去剤が充填されている。こ
の除去剤は、有害成分を吸着により除去するもの、ある
いは化学反応により有害成分を無害な物質で、かつ、ア
ンモニア分解筒２での酸化触媒によるアンモニア分解反
応に悪影響を与えない物質に変換するものならば、除去
対象となる有害成分に応じて種々のものを単独であるい
は適宜組合わせて使用することができる。例えば、除去
対象がシラン等のケイ素化合物の場合は水酸化銅を反応
主成分とする除去剤が好適であり、ジクロルシラン等の
塩素化物の場合は水酸化カルシウムや水酸化ナトリウム
を反応主成分とする除去剤が好適であり、トリメチルガ
リウム等の有機金属化合物の場合は酸化鉄と酸化マンガ
ンとを反応主成分とする除去剤が好適に使用できる。

【００１３】また、有害成分以外でも、アンモニア分解
筒２でのアンモニア分解反応に悪影響を及ぼす物質が存
在する場合は、充填筒１内にこれらの物質を除去するた
めの除去剤を混在させることができる。さらに、異なる
種類の除去剤を筒内に積層したり、異なる種類の除去剤
を充填した充填筒を複数個直列に接続したり、除去剤の
交換を考慮して複数個の充填筒を並列に接続したりする
こともできる。なお、この充填筒１内に充填した除去剤
がアンモニアを吸着するものであってもよいが、アンモ
ニアを吸着することによって他の成分の除去機能が大幅
に損なわれるものは適当とはいえない。

【００１４】上記充填筒１での処理温度は、使用する除
去剤に応じて適当な温度を選定することができ、室温で
行うこともできる。また、除去剤は、必要に応じて適当
な大きさに成形して充填すればよい。

【００１５】前記アンモニア分解筒２には、排ガス中の
アンモニアを窒素と水とに分解する酸化触媒が充填され
ている。この酸化触媒も、適当なものを単独であるいは
適宜組合わせて用いることができ、例えば、酸化銅，酸
化クロム，酸化マンガン，酸化鉄等の金属酸化物や複合
酸化物（例えば、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４・ＦｅＴｉＯ_３等）、
あるいは、パラジウム，白金のような単体を主成分とす
るものを使用することができる。このアンモニア分解筒
２も、一つの筒内に異なる種類の酸化触媒を層状に積層
させたり、異なる酸化触媒を充填したものを直列に接続
したりすることができる。また、アンモニア分解筒２
は、固定床，移動床，流動床のいずれであってもよい。

【００１６】酸素導入部３は、アンモニア分解筒２にお
けるアンモニアの分解反応に必要な酸素を供給するため
のものであって、この酸素導入部３から排ガスに添加す
るガスは、酸素を含有するガスならば任意の組成のガス
を使用することができ、純酸素でもよく、空気でもよ
い。また、この酸素導入部３は、アンモニア分解筒２に
導入する排ガス中のアンモニアを、触媒反応に適した濃
度に希釈する機能も有している。すなわち、アンモニア
分解筒２でのアンモニア濃度が高すぎると、安定した触
媒反応を行えなくなるおそれがあるため、高濃度にアン
モニアを含むガスの場合は、酸素導入部３から適当なガ
ス、例えば空気を供給し、アンモニア分解筒２に導入す
る排ガス中のアンモニア濃度を、例えば１０００ｐｐｍ
以下にすることが好ましい。

【００１７】ヒーター４は、アンモニア分解筒２に導入
する排ガスを、酸化触媒によるアンモニア分解反応に適
した温度に加熱するためのものである。このヒーター４
による加熱温度は、アンモニアの濃度や使用する酸化触
媒の種類，組成によって大きく異なる。通常は、１５０
〜３５０℃の範囲とすることが好ましく、１５０℃未満
ではアンモニアの分解効率が低下し、３５０℃を超える
と有害な窒素酸化物が発生することがある。

【００１８】また、図２に示すように、アンモニア分解
筒２にヒーター５を組込んでもよく、図３に示すよう
に、アンモニア分解筒２の入口ガスと出口ガスとを熱交
換させる熱交換器６を設けてもよい。さらに、これらの
加熱手段を組合わせて設けるようにしてもよい。なお、
ヒーターとしては、電気ヒーター，ガスバーナー等の一
般的な加熱手段を用いることができる。

【００１９】このように、排ガス中のアンモニアを除く
有害成分を充填筒１で除去した後、酸素を添加してアン
モニア分解筒２の酸化触媒によってアンモニアを窒素と
水とに分解するようにしたので、アンモニアを分解する
ための酸化触媒が、アンモニア以外の有害成分によって
劣化することを防止でき、アンモニアを比較的高濃度で
含む排ガスの除害処理を効率よく確実に行うことができ
る。また、アンモニアの分解方法として酸化触媒分解方
式を採用したので、１５０〜３５０℃という比較的低温
で処理できるため、ランニングコストが低く、さらに、
アンモニアの分解によって爆発のおそれがある水素も発
生しないため、安全性も向上する。

【００２０】

【実施例】

実施例１内径４３ｍｍ，長さ６９０ｍｍのステンレス製カラム内
に、酸化鉄及び酸化マンガンを反応主成分とする除去剤
を充填高さ１００ｍｍで充填し、その上に水酸化第二銅
を主成分とする除去剤を充填高さ２００ｍｍで充填し
た。これをモノシラン，ジクロルシラン等のケイ素化合
物や有機金属化合物を除去するための充填筒とした。ま
た、内径４３ｍｍ，長さ７９０ｍｍのステンレス製カラ
ム内に、日産ガードラー触媒（株）製の触媒Ｎ−１５０
（主成分：鉄４０重量％，マンガン２２重量％）を充填
高さ３００ｍｍに充填してアンモニア分解筒とした。こ
のアンモニア分解筒の周囲に電気環状炉を据付けるとと
もに、触媒中心部に熱電対を挿入し、充填筒とアンモニ
ア分解筒とを、酸素導入部となる空気供給用分岐管を備
えた配管で接続した。電気環状炉を作動させて触媒の温
度を２００℃に保持するとともに、空気供給用分岐管か
ら空気を毎分８６．０リットルで供給した。

【００２１】この状態で、窒素中に、アンモニア１０．
０％，モノシランやジクロルシラン等のケイ素化合物
０．１％，トリメチルガリウム０．０１％を混合した試
験ガスを毎分８７１ミリリットルの割合で充填筒に導入
した。このときの空筒線速度は、前段の充填筒では毎秒
１．０ｃｍ、後段のアンモニア分解筒では毎秒約１０ｃ
ｍとなる。また、アンモニア分解筒に流入するガス中の
アンモニア濃度は、空気により希釈されて約１０００ｐ
ｐｍになっている。

【００２２】後段のアンモニア分解筒から導出されるガ
スを２０分毎にサンプリングし、アンモニアをアンモニ
アガス検知警報器（バイオニクス機器（株）製：ＴＧ−
２４００ＢＡ，検出限界０．０７５ｐｐｍ）で、モノシ
ランを定電位電解式検出器付ガスクロマトグラフ
（（株）ガステック製：ＧＧＣ−０１，検出限界０．０
１ｐｐｍ）で、ジクロルシランをガス検知警報器（バイ
オニクス機器（株）製：ＴＧ−３４００ＴＡ，検出限界
０．０４５ｐｐｍ）で、窒素酸化物（ＮＯ＋ＮＯ_２）を
窒素酸化物検知管（（株）ガステック製：１１Ｌ，検出
限界０．０４ｐｐｍ）で、二酸化窒素を二酸化窒素検知
管（（株）ガステック製：９Ｌ，検出限界０．５ｐｐ
ｍ）で、それぞれ測定した。この結果、いずれも許容濃
度未満であった。また、アンモニア分解筒の出口ガスを
５％硝酸水溶液にバブリングさせ、この水溶液中のガリ
ウムをＩＣＰ分析装置（日本ジャーレルアッシュ（株）
製：ＩＣＡＰ−５７５II，検出限界０．０４ｍｇ／リッ
トル）で測定した。この測定を６０分毎に行ったが、い
ずれもガリウムは検出されなかった。

【００２３】８時間後に試験ガスの導入を停止するとと
もに空気の供給も停止し、電気環状炉の電源を切って装
置内を窒素でパージした。この窒素パージを２４時間行
い、アンモニア分解筒が室温まで冷却された後、アンモ
ニア分解筒を開放して内部の触媒の状態を観察したが、
触媒に異常は見られなかった。

【００２４】実施例２充填筒に水酸化カルシウム及び水酸化ナトリウムを反応
主成分とする除去剤を充填高さ２００ｍｍで充填し、ア
ンモニア分解筒に日揮化学（株）製の触媒Ｎ２０１（主
成分：酸化銅（Ｉ）３６．５重量％，酸化クロム(III)
４５．４重量％，酸化マンガン(III) ３．４重量％）を
用い、アンモニア分解筒の保持温度を２７０℃とした以
外は、実施例１と同様の操作を行った。その結果、出口
ガス中の有害成分はいずれも許容濃度未満であり、触媒
の劣化も見られなかった。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のアンモニ
ア含有排ガスの除害装置によれば、比較的高濃度でアン
モニアを含む排ガスの除害処理を効率よく安全に、か
つ、低コストで行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の除害装置の一形態例を示す系統図で
ある。

【図２】除害装置の他の形態例を示す系統図である。

【図３】除害装置の更に他の形態例を示す系統図であ
る。

【符号の説明】

１…充填筒、２…アンモニア分解筒、３…酸素導入部、
４，５…ヒーター、６…熱交換器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者新田昭彦東京都港区西新橋１−16−７日本酸素株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有害成分として少なくともアンモニアを
含有する排ガスの除害処理を行うための除害装置であっ
て、前記排ガス中のアンモニアを除く有害成分を除去す
る除去剤を充填した充填筒と、該充填筒から導出した排
ガスに酸素含有ガスを添加する酸素導入部と、添加した
酸素とアンモニアとを反応させてアンモニアを窒素と水
とに分解する酸化触媒を充填したアンモニア分解筒とを
備えていることを特徴とするアンモニア含有排ガスの除
害装置。
【請求項２】前記除去剤は、水酸化銅，水酸化カルシ
ウム，水酸化ナトリウム，酸化鉄，酸化マンガンの少な
くとも一種を反応主成分とすることを特徴とする請求項
１記載のアンモニア含有排ガスの除害装置。
【請求項３】前記酸化触媒は、酸化銅，酸化クロム，
酸化マンガン，酸化鉄，パラジウム，白金の少なくとも
一種であることを特徴とする請求項１記載のアンモニア
含有排ガスの除害装置。
【請求項４】前記アンモニア分解筒は、１５０〜３５
０℃の温度範囲で前記分解反応を行うことを特徴とする
請求項１記載のアンモニア含有排ガスの除害装置。