用於清潔生產過程中產生的有毒氣體的裝置的製作方法

2023-05-12 10:12:06 2

專利名稱：用於清潔生產過程中產生的有毒氣體的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於清潔生產過程中產生的有毒氣體的裝置，利用該裝置，在反應室中進行熱分解，並且利用清洗裝置中的吸收劑對反應產物進行後續處理，以使可溶於水的反應產物發生化合，並洗提固體反應產物。
背景技術：
在製作半導體迴路中會產生大量諸如此類的有毒氣體，由於它們具有毒性，所以不能對其不加處理就排放到環境中。這些有毒氣體舉例來說有HF、SiH2Cl2、SiCl4、NH3、C2F6，PH3、BCl3、NF3等等。
眾所周知的是，絕大多數這種來自於半導體製作過程中或來自於其它化學反應中的廢氣都可以通過氧化或者熱分解而變成無害的。在原理上，熱分解是由燃燒天然氣或氫氣與空氣以及氧氣所產生的火焰來實現的。除了有時需附加引入氧氣或空氣外，其他反應物的引入是沒有必要的。熱處理後的反應產物是完全無害的，它們要麼是氣態形式，要麼是固態形式，要麼就是能溶於水中。諸如水蒸氣或CO2類的氣態反應產物不需要再次處理就能排放到環境中去。
對熱分解來講，已經研發了一系列燃燒方法以及反應室，並在實際中得以應用。EP 0 346 803 B1中公開了一種用於清潔廢氣的裝置，它由一個反應室組成，在反應室底部設置有燃燒器，燃燒器通過可燃氣體如氫氣和氧氣以及空氣或天然氣進行燃燒的同時，導入需要清潔的廢氣。伴隨燃燒產生的反應產物不但含有固體，還含有可溶於水的反應產物。
為了能使反應產物徹底從廢氣中排除，把伴隨燃燒產生的反應物在燃燒之後直接通到吸收劑中，例如通到水中。此外，在燃燒器的上方設置噴射裝置，噴射裝置正對著反應產物的上升氣流噴射。噴射裝置的結構應不把噴出的吸收劑噴射到火焰裡(EP 0 702 771 B1)，並且在燃燒器火焰的上方設置噴出保護裝置(錐形、半球形或與其類似的)，並在噴出保護裝置的上方設置如EP 0 346 803 B1的噴射裝置。
目的是，消除來自於燃燒廢氣中的可溶於水的反應產物以及洗提來自於反應室中的固態反應產物(例如來自於矽氫化合物反應產物的SiO2)。為達到此目的，在DE 196 00 873 A以及在WO 03/085321 A1中，反應室向上與噴出保護裝置相接，徑向與一圓柱形的壁相接，通過一外壁將整個裝置罩住。固態反應產物沿著外壁的內側、也就是反應室的外部連同吸收劑一起向下被噴出，並被引入到設置在燃燒器下方的淨化裝置中。
這裡具有缺點的是，燃燒必須在相應的高溫下進行，燃燒室的組成零件也會因此獲得高溫或者是溫度變換帶來的負荷，從而加快它們的損耗。另外一個缺點是，通過向上燃燒的火焰可以致使在燃燒器裡面或在燃燒器外面積聚反應產物。結果就是效率不斷地降低並且需要經常對其進行清潔。
最後一個缺點可以通過在燃燒室裡靠上的位置設置燃燒噴嘴來解決，就像EP 0 803 042 B1中的那樣，讓火焰向下燃燒。通過這種方法能大大減少燃燒器固體反應產物的積聚，並且能明顯改善其耐久性。然而，反應室中高溫所帶來負荷的問題卻依然存在。結果就是需要更多地對其進行保養。
在其他的一些廢氣清理方法中，可以利用向上燃燒的火焰以及隨後的廢氣催化處理來進行(如EP 0 736 322 B1)。這種方法也明確的顯示出，無論如何都需要用吸收劑對其進行後續處理。

發明內容
出於以上原因，本發明的任務是，公開一種用於清潔生產過程中產生的有毒氣體的裝置，其能夠在較高氣體吞吐量的情況下達到最高效率的清潔，同時實現對反應室的非常有效的冷卻。
本發明的這一任務通過下述內容得以解決，反應室由外壁和內壁組成，其中內壁以預定的角度漏鬥狀向下逐漸變窄；在反應室上設置將其向上封閉且用於有毒氣體熱處理的裝置；反應室向下逐漸變窄的內壁在內側上具有均勻向下流動的水膜，其中反應室的內壁在外部被水套所覆蓋；並且在變窄的內壁的下端設置有廢氣排出口以及用於水循環的接口。
在本發明的第一個實施例中，用於有毒廢氣熱處理的裝置是具有向下燃燒的火焰的燃燒器，該火焰向下燃燒進入反應室中。
燃燒器在此優選為外混合型燃燒器，它含有至少一條用於待處理的有毒廢氣的中央供給線。
為了達到儘可能高的被處理有毒廢氣的吞吐量，提供多條供給線，其中用於可燃氣體的噴嘴以及用於空氣或者氧氣的噴嘴圍繞用於有毒廢氣的中央供給線。
在本發明的第二個實施例中，用於對有毒廢氣進行熱處理的裝置是電加熱室，其中提供多條供給線用於要進行熱處理的有毒廢氣。
為了室的有效加熱，提供多條相互平行設置且被插入室中的加熱棒，使得室容積至少在要處理的有毒廢氣的通流區域中能夠被均勻加熱。
在該發明的進一步實施中，外壁和內壁在底部利用圓形底盤這樣彼此連接，使得內壁與外壁之間的中間空間可基本上完全被水注滿，其中內壁的上邊緣構成為用於在此中間空間中的水的流出口，並且該中間空間與供水線相連。
供水線設置有用於向中間空間輸送的水的調節裝置或者節流裝置。
在本發明的另外一個實施例中，將內壁的廢氣排出口與設置在反應室旁邊的、其內注有填充材料的清洗柱相連，從而實現有毒廢氣的有效的後續處理，並特別是能從反應室廢氣中除去可溶於水的成分。
進一步，在廢氣排出口與清洗柱之間設置冷卻裝置，該冷卻裝置用於從內室排出的經熱處理的廢氣，它至少由用於水的噴嘴所組成。
這至少一個噴嘴的噴射流優選地正對著氣體流動方向。
在本發明的另外一個實施例中，供水線由中間空間中的立管組成，其中立管具有在中間空間底盤上方的排水口。
為了產生盈餘，另外提供了兩個反應室，它們的排出口分別可與清洗柱以及水循環耦合。
最後，每個反應室的水循環的接口與水箱耦合，水箱與用於固體反應產物的過濾裝置以及用於填充中間空間的水泵相連。


下面利用實施例對本發明進一步地闡述。在對應的圖中圖1設置有燃燒器的反應室的示意性截面圖；圖2圖1中的零件A的放大圖；
圖3根據圖1的帶有供水線的打開的反應室的示意性部分截面圖；圖4帶有電加熱反應室的反應室的示意性截面圖；和圖5用來清潔生產過程中產生的有毒氣體的裝置的示意圖，其帶有兩個耦合的反應室以及所屬的清洗柱，該清洗柱用於對經熱處理的有毒廢氣進行後續處理。
具體實施例方式
圖1展現了用於清潔生產過程中所產生的有毒氣體的裝置的示意性截面圖，該裝置擁有反應室1，它由外壁2與內壁3組成。內壁3以預定的角度漏鬥狀向下逐漸變窄。
均勻的水膜4順著反應室1向下逐漸變窄的內壁3的內側向下流動。在圖1中通過一條虛線來表示水膜。為了實現這一點，水套位於反應室內壁3與外壁2之間的中間空間5裡，水被按照給定量持續地供給入該中間空間，從而讓被供給的水高於內壁3的上邊緣6，並且在內壁3的內側上形成水膜。
為此，外壁2和內壁3在底部利用圓形底盤7相互連接，從而讓內壁3和外壁2之間的中間空間5能夠基本完全被水注滿，內壁3的上邊緣6作為中間空間5中的水的溢出口(圖2)。水通過立管8被引入到中間空間5中，該立管的排水口9位於底板7的上方(圖3)。立管8與水循環10相連，水循環在圖4有所展示。在立管8的供水線中，可以設置用於要供給的水的調節裝置，在最簡單的情況中，該調節裝置由用於要供給的水的節流裝置組成。
廢氣排出口11和接口12位於變窄的內壁3的下端，廢氣排出口穿過底板7，接口在水箱13中終止。
在反應室1上設置有用於密封燃燒室1的外罩14，通過常用的快速閉合可以讓外罩14與外壁2的上邊緣密封相連。外罩14同時還用於容納燃燒器15的指向反應器1內的噴嘴16，由此可以產生在反應室1內向下燃燒的火焰。
為了處理有毒氣體，燃燒器15應優選為帶有用於要處理的有毒廢氣的中央供應線的外混合型燃燒器。要處理的廢氣的供給通過多個在圖1中示意性所示的供應管道17進行。燃燒器15配備有用於可燃氣體(如氫氣或是天然氣)的噴嘴以及用於空氣或者氧氣的噴嘴。相應的可燃氣體供應線在圖1中示意性示出。為了清潔燃燒器開口，在反應室1的內部是可從外部操作的、帶有撇渣器20的清潔裝置19。
利用中間空間5中的水套能整體上實現反應室1的加強冷卻，從而所有的元件，例如內壁3和外壁2都幾乎沒有熱負荷。此外，內壁3內側上的水膜4還用於強烈衰減火焰的輻射熱。同時水膜阻礙在內壁3內側上以及在用於水箱13的接口12裡以及部分還在廢氣排出口11中的沉澱物堆積。此外，為了點燃燃燒器火焰，在外罩14中還有引燃器21。
代替燃燒器15，還可以在反應室1上使用電加熱室21，其帶有多個用於要熱處理的有毒廢氣的供應線22(圖4)。在室21中有多個彼此平行設置且伸入室中的加熱棒23，其藉助隔離的通道24被固定在室21的覆蓋板25中。
為了利用吸收劑對反應產物進行後續處理，以將可溶於水的反應產物化合併洗提固體反應產物，清洗柱26位於反應室1旁。為此，內壁3的廢氣排出口11與清洗柱26相連(圖5)。
在清洗柱26中有填充材料27以及多個噴嘴28，吸收劑從它們中被噴出。
為了冷卻離開反應室1的廢氣，在廢氣排出口11和清洗柱26之間設置有冷卻裝置，該裝置為至少一個噴嘴34的形式，它的噴射流正對著氣體流動方向。
為了實現根據本發明的裝置的期望盈餘，還可以提供兩個反應室1，1′，它們的排出口11分別與清洗柱26以及水箱13是可以連接的(圖5)。節流閥29，30設置在導管內。
用於各個反應室1，1′的水循環的接口12與水箱13相連，水箱與用於固體反應產物的過濾裝置31以及用於填充中間空間5的泵32耦合。此外，通過水管連接33可以填充水箱13。
附圖標記1 反應室2 外壁3 內壁4 水膜5 中間空間6 邊緣7 底盤8 立管9 排水口10水循環11廢氣排出口12水箱接口13水箱14外罩15燃燒器16噴嘴17有毒廢氣的供應線18可燃氣體的供應線19清潔裝置20撇渣器21室22有毒廢氣的供應線23加熱棒24通道25覆蓋板26清洗柱27填充材料28噴嘴29節流閥
30節流閥31過濾裝置32泵33水管連接34噴嘴
權利要求
1.用於清潔生產過程中產生的有毒氣體的裝置，清潔是通過在反應室中的熱分解以及利用清洗裝置中的吸收劑對反應產物的後續處理而進行的，以化合可溶於水的反應產物並洗提固體反應產物，其特徵在於，反應室(1)由外壁(2)和內壁(3)組成，其中內壁(3)以預定的角度漏鬥狀向下逐漸變窄；在反應室(1)上設置將其向上封閉且用於熱處理有毒氣體的裝置；反應室(1)的向下逐漸變窄的內壁(3)在內側上具有均勻向下流動的水膜(4)，其中反應室(1)的內壁在外部被水套所覆蓋；並且在變窄的內壁(3)的下端設置有廢氣排出口(11)以及用於水循環的接口(12)。
2.按照權利要求1所述的裝置，其中，用於熱處理有毒廢氣的裝置是具有向下燃燒的火焰的燃燒器(15)，該火焰向下燃燒進入反應室(1)中。
3.按照權利要求2所述的裝置，其中，燃燒器(15)為外混合型燃燒器，其帶有至少一條用於待處理的有毒廢氣的中央供給線(17)。
4.按照權利要求3所述的裝置，其中，提供多條用於待處理的有毒廢氣的供給線(17)，其中用於可燃氣體的噴嘴以及用於空氣或者氧氣的噴嘴圍繞所述中央供給線(17)。
5.按照權利要求1所述的裝置，其中，用於熱處理有毒廢氣的裝置是電加熱室(21)，其中提供多條用於要熱處理的有毒廢氣的供給線(17)。
6.按照權利要求5所述的裝置，其中，室(21)可通過多個彼此平行設置且插入室(21)中的加熱棒(23)加熱。
7.按照前述權利要求之一所述的裝置，其中，外壁和內壁(2，3)在底部利用圓形底盤(7)這樣彼此連接，使得內壁(3)與外壁(2)之間的中間空間(5)可基本上完全被水注滿，其中內壁(3)的上邊緣(6)構成為在此中間空間(5)中的水的流出口，並且該中間空間(5)與供水線相連。
8.按照權利要求7所述的裝置，其中，供水線設置有對於向中間空間(5)供給的水的調節裝置。
9.按照權利要求7所述的裝置，其中，供水線設置有對於要供給的水的節流裝置。
10.按照權利要求1至9之一所述的裝置，其中，廢氣排出口(11)與設置在反應室(1)旁邊的清洗柱(26)相連。
11.按照權利要求10所述的裝置，其中，在廢氣排出口(11)與清洗柱(26)之間設置用於從內室(3)排出的經熱處理的廢氣的冷卻裝置。
12.按照權利要求11所述的裝置，其中，冷卻裝置由至少一個用於水的噴嘴(34)組成。
13.按照權利要求12所述的裝置，其中，所述至少一個噴嘴(34)的噴射流正對著氣體流動方向。
14.按照權利要求1至13之一所述的裝置，其中，用於中間空間(5)的供水線由立管(8)組成，其具有在底盤(7)上方的排水口(9)。
15.按照權利要求1至14之一所述的裝置，其中，提供兩個反應室(1，1』)，它們的排出口(11)分別可與清洗柱(26)以及水循環(10)耦合。
16.按照權利要求1至15之一所述的裝置，其中，用於每個反應室(1，1』)的水循環的接口(12)與水箱(13)連接，水箱與用於固體反應產物的過濾裝置(31)以及用於填充中間空間(5)的泵(32)連接。
全文摘要
本發明涉及一種用於清潔生產過程中產生的有毒氣體的裝置，利用該裝置，在反應室中進行熱分解，並利用清洗裝置中的吸收劑對反應產物進行後續處理，以使可溶於水的反應產物發生化合，並洗提固體反應產物。通過本發明，要實現在較大氣體吞吐量情況下最高效率的清潔，並同時使反應室得以有效地冷卻。這樣實現該目標，即，反應室(1)由外壁(2)和內壁(3)組成，其中內壁(3)以預定的角度漏鬥狀向下逐漸變窄；在反應室(1)上設置將其向上封閉且用於有毒氣體熱處理的裝置；反應室(1)向下逐漸變窄的內壁(3)在內側上具有均勻向下流動的水膜(4)，其中反應室(1)的內壁在外部被水套所覆蓋；並且在變窄的內壁(3)的下端設置有廢氣排出口(11)以及用於水循環的接口(12)。
文檔編號B01D53/78GK101031349SQ200580032862
公開日2007年9月5日 申請日期2005年9月22日 優先權日2004年9月28日
發明者羅伯特·麥可·阿通 申請人:森特羅瑟清潔方案商業有限兩合公司