CN2633410Y - 全氟化物废气等离子处理装置 - Google Patents
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Abstract
一种全氟化物废气等离子处理装置，包含：一等离子反应器，由一废气进口、一等离子火炬、一反应室组成；一水槽，位于该等离子等反应器下方，在水槽的上方位于反应室出口处设有一喷水器组；一湿式洗涤塔，位于水槽的上方；一水泵连接水槽和该湿式洗涤塔上端的另一喷水器组。引入废气与高温等离子火炬直接作用，再进入反应室内处理，废气经过喷水器组降温后，再引入一湿式洗涤塔处理后予以排放，此一湿式洗涤塔的循环用水由一水槽供应。本实用新型装置示范处理C2F6的破坏去除率可达99.9％，甚具环保价值，同时可以处理多种全氟化物废气，可将CF4、C2F6与NF3等有害废气的化学键加以破坏、分解且去除效率可达99％以上。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种废气处理装置，尤其是指一种全氟化物废气等离子处理装置。
背景技术
全氟化物是温室管制气体之一。1997年联合国气候变化纲要公约“京都议定书”中，各国通过管制六种主要温室气体(二氧化碳CO2、甲烷CH4、氧化亚氮N2O、六氟化硫SF6、氢氟碳化物HFCs及全氟化物PFCs等)的具体减量方案及时刻表。在六种主要管制温室气体中，SF6、HFCs及PFCs等主要为人造的温室气体成分。虽然HFCs及PFCs不会耗损臭氧层，但皆为强效温室气体，具有高全球温暖化潜势指数值(Global WarmingPotential，GWP)，HFCs、PFCs、SF6的GWP分别为：140～11700、6500～9200、23900，能停留在大气层中相当长时间，具极长的生命期，在大气中的累积效应为不可逆的。近年来半导体制作过程(如在干蚀刻化学气相沉积的清腔程序等)广泛地使用CF4、C2F6、NF3等全氟化合物(PFC；Perfluorocompound)做为制作过程气体，而这些气体仅少部分被使用掉，剩余的大部分(如化学气相沉积约剩余90％)则当作废气排放，是造成温室效应的重要来源。由于半导体产业发达的各国已有共同认知及协议未来将制定法规减少PFCs气体的排放，台湾半导体产业亦将受此协议的约束。但目前半导体设备元件的制造技术日趋精密，促使全氟化物的使用量随着半导体制作过程的进步与日俱增，因此需要管制与处理避免环境公害的产生，以及采用新的PFCs废气处理系统，以适应未来更加严苛的废气排放标准。
公知的处理全氟化物废气的方法和装置见图1和图2。
如图1所示，为公知的全氟化物电热加热箱处理装置。将废气引入电热加热箱10，通过电热丝11加热来高温分解全氟化物，最后由风车20经一烟囱30排出，但其由于采用电热加热，一方面甚耗电能，能源效率差，另一方面加热最高温度仅能达约1200℃，需一定的加热反应时间，所以一般处理风量较小，另外一些固体物也容易残留于电热加热箱10中。
如图2所示，为公知的全氟化物燃烧炉焚化处理装置。典型为使用瓦斯为燃料，将瓦斯引入火焰喷嘴41点燃形成能量密度1～3MJ/kg的火焰，再将废气导入燃烧炉40内进行裂解焚化，再由风车50将处理后气体送往烟囱60排至大气。此装置好处是废气处理量较大且温度也可较电热者为高，但是近来半导体厂为安全考量，已有厂内自行规定不采用瓦斯燃烧炉焚化处理装置做为废气处理装置，以避免危险。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种全氟化物废气等离子处理装置，能够高效率处理全氟化物废气。
为实现上述目的，本实用新型以高能量密度等离子高温裂解及洗涤除害的设计原理，提供一种高效率全氟化物废气等离子处理装置包含：
一等离子反应器，该等离子反应器由一废气进口、一等离子火炬、一反应室组成；
一水槽，位于该等离子等反应器下方，在水槽的上方位于反应室出口处设有一喷水器组；
一湿式洗涤塔，位于水槽的上方；
另设有一水泵连接水槽和该湿式洗涤塔上端的另一喷水器组。
引入废气与高温等离子火炬直接作用，再进入反应室内处理，并于反应室出口处设置一喷水器组，废气经过喷水器组降温后，再引入一湿式洗涤塔处理后予以排故，此一湿式洗涤塔的循环用水设有一水槽供应。
所述的全氟化物废气等离子处理装置，其中等离子火炬是以直流电力供应产生高温等离子的非传输型直流等离子火炬。
所述的全氟化物废气等离子处理装置，其中反应室其内层材料是耐火断热材料。
所述的全氟化物废气等离子处理装置，其中喷水器组由二组或二组以上数量的喷水器组成。
所述的全氟化物废气等离子处理装置，其中在本装置的湿式洗涤塔后加装一风车。
所述的全氟化物废气等离子处理装置，其中等离子火炬与反应室采用直立方式配置，且配置的此一等离子火炬火焰方向与通过此一等离子火炬的废气气流方向为互相垂直。
本实用新型的应用范围包含半导体及其他工业制作过程的全氟化物等有害废气的处理，例如：C2F6、SiH4、CF4、NF3、CHF3等废气处理。本实用新型的基本工作原理如下：直流等离子火炬产生高温(大于10000℃)、高能量密度(10-80MJ/kg)的等离子，将废气中的全氟化物热解、原子化、离子化，使全氟化物的化学键被瓦解而摧毁，并与水或氧气结合形成一些简单易于处理的分子或原子如氢、一氧化碳、二氧化碳和氟化氢等，而没有机会组合成较大的或较复杂的分子，这是一般传统热燃烧炉所无法达到的。举例说明其反应方程式如下，
但由于等离子火炬处理后的废气温度极高，并产生氟化氢气体，因此在等离子反应室出口处，设置一喷水器组，喷出水雾，使气体迅速降温，并溶解部分HF，但由于高温影响气体溶解度，溶解度不高，所以在废气经喷水雾冷却后，再引入一湿式洗涤塔，该洗涤塔内部填有高表面积填充物，并设有喷水器组，废气在经过此一湿式洗涤塔时，其夹带的固体微粒，如含硅粉末等可以被洗净滤除，同时氟化氢在此也被吸收，在处理含氟化氢产物的时候，喷出的水雾可加碱以中和氟化氢酸性，一般设废水处理场，通常含氟废水可由废水处理场处理，因此本实用新型水槽的储水可做批次排放或连续排放至废水处理场即可。
附图说明
为使有较佳的了解，特就下列图示与举本实用新型的一较佳实施例说明如下。
图1公知的全氟化物电热加热箱处理装置；
图2公知的全氟化物燃烧炉焚化处理装置；
图3本实用新型的高效率全氟化物废气等离子处理装置。
具体实施方式
如图3所示，为本实用新型的高效率全氟化物废气等离子处理装置的一较佳实施例，以下并说明其原理及运作方式，以使清楚的说明本实用新型的可行性及优越性。
本实用新型以高能量密度等离子高温裂解及洗涤除害的设计原理，提供一种高效率全氟化物废气等离子处理装置，其包含一等离子火炬，一反应室，一喷水器组，一水槽，一湿式洗涤塔。引入废气与高温等离子火炬直接作用，再进入反应室内处理，并于反应室出口处设置一喷水器组，废气经过喷水器组降温后，再引入一湿式洗涤塔处理后予以排放，此一湿式洗涤塔的循环用水由一水槽供应。
本实用新型的运作如下：等离子反应器110包括废气进口111、等离子火炬112、反应室113三个部分，其中该反应室内部因此耐火隔热材料构筑而成，在等离子火炬加热下，可形成高温环境。全氟化物废气由废气进口111进入等离子反应器110，通气通等离子火炬112的极高温(10000℃)等离子束流，全氟化物废气在等离子火炬112及反应室113中，瞬间被热解、原子化或离子化，全氟化物组成之间的化学键因而被瓦解摧毁，形成一些简单易于处理的分子或原子如氢、一氧化碳、二氧化碳和氟化氢等，而没有机会组合成较大的或较复杂的分子，这是热燃烧炉所无法达到的。但由于经等离子反应器110处理后的废气温度很高，并产生氟化氢气体，因此，在等离子反应器110的反应室113出口处，设置一喷水器组120，喷水器组120设有水量控制阀121调控喷水量使喷水头122喷出水雾，由此水吸收热量使废气迅速降温，并溶解部分氟化氢(HF)，但由于高温影响气体的溶解度，所以在废气经喷雾冷却后，再将废气引入一湿式洗涤塔150内部填有高表面积填充物，并设有喷水器组151，喷水器组151的水源由水泵140抽取水槽130的水供应的，水泵140的前可设置一过滤器141过滤杂质及固体物。废气在经过此一湿式洗涤塔150时，其夹带的固体物，例如，含硅粉末等，可以被洗净滤除，同时氟化氢在此也被吸收，于处理氟化氢产物时，喷出的水雾可加碱液中和氟化氢酸性。但依现况而言，在科学园区设有废水处理场，通常含氟废水可由废水处理场处理。因此，本实用新型水槽的储水可做批次排放或连续排放至废水处理场即可。当废气来源所提供的气流静压不足时，本实用新型的湿式洗涤塔150后端可加置一风车160以补足静压，顺利排出设计的风量值。
本实用新型由于采用等离子反应器110较公知处理方式如燃烧法的能量密度高，因此，全氟化物的裂解效率较高，效率优越性大幅提升。本实用新型装置示范处理C2F6的破坏去除率可达99.9％，甚具环保价值，同时已证实可以同时处理多种全氟化物废气，可将CF4、C2F6与NF3等有害废气的化学键加以破坏、分解且去除效率可达99％以上。
本实用新型实验时等离子火炬是采用直流电力供应产生高温等离子的非传输型直流等离子火炬。对现有的半导体业废气处理设备评估，在Metal Etch制作过程后的干式洗涤塔对HCl、BCl3、及CCl4的处理效率可达99％，但对含氟的化合物处理效果不佳，尤其对PFCs类化合物(例如：CF4)几乎无处理效果，而控制式热解氧化器(CDO)处理设备对于NH3、SiF4的有极佳的处理效率大于99％，对于SiH4、N2O、NF3等气体的处理效率则均在30％以下，由此亦见本实用新型的优越性能。
Claims (6)
1、一种全氟化物废气等离子处理装置，其特征在于，包含：
一等离子反应器，该等离子反应器由一废气进口、一等离子火炬、一反应室组成；
一水槽，位于该等离子等反应器下方，在水槽的上方位于反应室出口处设有一喷水器组；
一湿式洗涤塔，位于水槽的上方；
一水泵连接水槽和该湿式洗涤塔上端的另一喷水器组。
2、根据权利要求1所述的全氟化物废气等离子处理装置，其特征在于，其中等离子火炬是以直流电力供应产生高温等离子的非传输型直流等离子火炬。
3、根据权利要求1所述的全氟化物废气等离子处理装置，其特征在于，其中反应室其内层材料是耐火断热材料。
4、根据权利要求1所述的全氟化物废气等离子处理装置，其特征在于，其中喷水器组由二组或二组以上数量的喷水器组成。
5、根据权利要求1所述的全氟化物废气等离子处理装置，其特征在于，其中在本装置的湿式洗涤塔后加装一风车。
6、根据权利要求1所述的全氟化物废气等离子处理装置，其特征在于，其中等离子火炬与反应室采用直立方式配置，且配置的此一等离子火炬火焰方向与通过此一等离子火炬的废气气流方向为互相垂直。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Expiration termination date: 20130910 Granted publication date: 20040818 |