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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gasadsorber gemäß
dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Dieser Adsorber ist zur
Verwendung in Prozessanlagen geeignet, in denen Abgase, die
hauptsächlich schädliche Gase enthalten, einschließlich
solcher, die aus Prozessen in der Halbleiterindustrie, der
keramischen Industrie usw. ausgetragen werden, adsorptiv
vorbehandelt werden, um schädliche Bestandteile daraus zu
entfernen, bevor die Abgase aus den Anlagen freigegeben werden.
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Zum Vorbehandeln von schädlichen Abgasen aus Prozessen der
Haibleiterherstellung und dergl. mit einem
Adsorptionsverfahren müssen die folgenden Überwachungserfordernisse erfüllt
werden: Erstens ist es notwendig, ein Mittel zur genauen
Erfassung eines Durchbruches durch den verwendeten Adsorber
einzusetzen. Zweitens ist es notwendig, Maßnahmen zu
ergreifen, um nach dem Erfassen des Durchbruches, während einer
Unterbrechung des Prozesses bis das Adsorbens mit einem neuen
ersetzt worden ist, ein Entweichen von schädlichen
Bestandteilen aus dem Adsorber zu verhindern.
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Als Vorrichtung, welche diese Erfordernisse bis zu einem
gewissen Ausmaß erfüllt, ist eine Abgasbehandlungsvorrichtung
in dem Dokument JP-U-62/123234 beschrieben worden. Diese
Vorrichtung umfaßt einen Hauptbehandlungsabschnitt und eine
Hilfsbehandlungskammer. Der Hauptbehandlungsabschnitt umfaßt
eine Hauptbehandlungskammer, die ein großes Fassungsvermögen
aufweist und mit einem Behandlungsmittel und einem festen
Material gepackt ist, das mit einem farbändernden Indikator
imprägniert ist, der die Behandlungskapazität der
Hauptbehandlungskammer anzeigt. Die Hilfsbehandlungskammer weist ein
Fassungsvermögen auf, welches etwa ein Zehntel desjenigen der
Hauptbehandlungskammer ist, wobei die Hilfsbehandlungskammer
in Reihe mit dem Hauptbehandlungsabschnitt an dessen
stromabwärtsliegender Seite verbunden ist, so daß aus dem
Hauptbehandlungsabschnitt herausfließendes Abgas zusätzlich in der
Hilfsbehandlungskammer behandelt wird.
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Der Stand der Technik ist jedoch zur vollständigen Erfüllung
der vorstehend beschriebenen Erfordernisse bezüglich der
folgenden Punkte unzulänglich:
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Obwohl die Farbänderung des Indikators als Mittel zum
Erfassen des Durchbruchzeitpunktes des Adsorbens benutzt wird, was
das erste Erfordernis ist, kann der Durchbruch durch das
Adsorbens nicht vor seinem Auftreten erkannt werden, wenn der
Indikator nicht ständig überwacht wird, und es ist zu dem
Zeitpunkt, an dem die Bedienungsperson eine Änderung der
Farbe des Indikators wahrnimmt, nicht möglich zu wissen, wie
lange ein schädliches Gas aus der Hauptbehandlungskammer in
die Hilfsbehandlungskammer hineingeströmt ist, und auch nicht
möglich, die Konzentration des schädlichen Gases zu kennen.
Als Folge kann der Pegel der Belastung der
Hilfsbehandlungskammer als nachgeschaltete Stufe nicht genau bekannt sein,
und es kann Fälle geben, in denen das schädliche Gas aus der
Hilfsbehandlungskammer entweicht, mit dem Ergebnis, daß das
zweite Erfordernis nicht erfüllt wird. Um ein derartiges
Problem zu vermeiden, ist es notwendig, die
Hilfsbehandlungskammer zu vergrößern, so daß diese eine ausreichend große
Behandlungskapazität aufweist. Eine derartige Lösung führt
jedoch lediglich zu einer Gesamtvergrößerung der Apparatur und
kann das zweite Erfordernis nicht erfüllen, weil es immer
noch nicht möglich ist, die Konzentration des in die
Hilfsbehandlungskammer hineinfließenden Gases zu kontrollieren.
Hinzu kommt, daß je größer die überschüssige
Behandlungskapazität der Hilfsbehandlungskammer ist, desto größer ist die
Menge des in der Hilfsbehandlungskammer unverbraucht
bleibenden
Adsorbens, wenn dieses ersetzt wird, was extrem
unwirtschaftlich ist.
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Das Erfassungsverfahren, welches sich einer Farbänderung des
Indikators bedient, ist mit dem Problem behaftet, daß ein
ebenfalls vorhandener Bestandteil ein Verblassen oder
Schattieren des Indikators verursachen kann, nachdem dieser seine
Farbe geändert hat, so daß es schwierig wird, den Zeitpunkt
des Durchbruches zu erfassen. In einem derartigen Fall kann
die Hilfsbehandlungskammer nicht zur Erfüllung des
ursprünglichen Zweckes dienen.
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Darüberhinaus sind im Stand der Technik der
Hauptbehandlungsabschnitt und die Hilfsbehandlungskammer, die getrennt
voneinander vorgesehen sind, über ein Ventil miteinander
verbunden, so daß Abgas über eine Umgehungsleitung direkt der
Hilfsbehandlungskammer zugeführt werden kann, während das
Adsorbens in der Hauptbehandlungskammer ersetzt wird. Bei einer
derartigen Anordnung fließt jedoch Gas ständig in die
Hilfsbehandlungskammer, so daß das Adsorbens in der
Hilfsbehandlungskammer nur nach der Unterbrechung des Betriebs des
Werkes ersetzt werden kann. Nichtsdestoweniger ist es, wie
vorstehend beschrieben, nicht möglich, die Menge an schädlichem
Gas zu kennen, die bereits in die Hilfsbehandlungskarnmer
hineingeströmt ist. Deshalb kann die Verfahrensweise eine
Situation zulassen, in der das zu ersetzende Behandlungsmittel in
der Hilfsbehandlungskammer auf gebraucht ist, bevor der
Betrieb des Werkes eingestellt worden ist, was zu einer
unvollkommenen Behandlung führt. Wenn darüberhinaus das Abgas,
welches den Hauptbehandlungsabschnitt umgeht, nur in der
Hilfsbehandlungskammer behandelt wird, muß die
Hilfsbehandlungskammer ein schädliches Gas hoher Konzentration im Verlauf
einer Zeit behandeln, die länger als eine vorbestimmte
Zeitdauer ist, obwohl sie normalerweise nur eine relativ kleine
Menge an schädlichem Gas behandeln soll, welches aus dem
Hauptbehandlungsabschnitt entweicht. Deshalb kann, wenn die
Strömungsgeschwindigkeit von Abgas oder der Gehalt an
schädlichen
Bestandteilen übermäßig hoch ist, die
Hilfsbehandlungskammer, welche eine Behandlungskapazität von etwa einem
Zehntel derjenigen der Hauptbehandlungskammer aufweist, bei
der vollständigen Behandlung des Abgases versagen.
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Somit mangelt es im Stand der Technik an einer
Zuverlässigkeit der Mittel zum Erfassen eines Durchbruches im
Hauptbehandlungsabschnitt und es kann die Konzentration des nach dem
Erfassen des Durchbruches aus dem Hauptbehandlungsabschnitt
entweichenden Abgases nicht kontrolliert werden. Demgemäß
kann die zusätzlich eingebaute Hilfsbehandlungskammer nicht
zur Erfüllung des ursprünglichen Zweckes dienen, und
darüberhinaus ist ein Verfahren zum Kontrollieren der
Hilfsbehandlungskammer, welches wesentlich ist, nicht in Erwägung
gezogen worden. Infolgedessen besteht eine Wahrscheinlichkeit,
daß schädliche Bestandteile zur stromabwärts liegenden Seite
des Adsorbers hin entweichen.
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Das Dokument EP-A-0 261 950 A3 beschreibt ein Naßmittel für
die Behandlung von Abgasen in der Halbleiterindustrie, wobei
das Mittel dadurch erhalten wird, daß ein festes
Erdalkalimetallhydroxid mit einer wässrigen Lösung eines
Alkalimetallhydroxids bis zu einem Ausmaß imprägniert wird, bei dem das
Erdalkalimetallhydroxid naß wird. Bei einer zur Prüfung des
Naßmittels verwendeten Experimentiervorrichtung wird N&sub2;-Gas,
welches ein schädliches Gas wie SiH&sub4; enthält, durch einen
Flußmesser, ein Gaseinlaßrohr und eine das Mittel enthaltende
Behandlungssäule hindurchgeführt. Das behandelte Gas wird
dann durch ein Auslaßrohr ausgetragen, entlang dem ein Gas
sensor angeordnet ist. Ein farbänderndes Mittel kann dem
Behandlungsmittel zugegeben werden, um eine visuelle
Beurteilung der Zustände des Behandlungsmittels zu ermöglichen.
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In Anbetracht der vorstehend beschriebenen Umstände ist es
eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen wie im
Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Adsorber vorzusehen,
wobei der Adsorber in der Weise ausgelegt ist, daß die
Behandlungsbedingungen
im Hauptbehandlungsabschnitt in
zuverlässiger Weise erfaßbar sind, die Menge des Adsorbens in dem
zusätzlichen Behandlungsabschnitt reduziert ist, und kein
schädliches Gas über einen zulässigen Pegel hinaus aus dem
zusätzlichen Behandlungsabschnitt entweichen kann, jedoch die
ganze Anlage sicherer und wirtschaftlicher kontrollierbar
ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des
kennzeichnenden Teiles des Anspruchs 1 gelöst.
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Die vorliegende Erfindung sieht einen Gasadsorber für Abgas
vor, der eine Integralbauweise aufweist, die einen
Hauptbehandlungsabschnitt, der eine Einlaßöffnung für Abgas hat und
mit einem Adsorbens gepackt ist, einen zusätzlichen
Behandlungsabschnitt, der eine Auslaßöffnung für behandeltes Gas
hat und mit einem Adsorbens gepackt ist, und einen zwischen
dem Hauptabschnitt und dem zusätzlichen Behandlungsabschnitt
vorgesehenen Zwischenabschnitt umfaßt, wobei der Zwischenab
schnitt eine Gasentnahmeöffnung und eine
Gasrückführungsöffnung aufweist, die eine Verbindung zwischen dem
Zwischenabschnitt und einem Gassensor herstellen. In zusätzlicher Weise
wird das durch den Hauptbehandlungsabschnitt
hindurchfließende Gas von einer Saugpumpe aus der Gasentnahmeöffnung des
Zwischenabschnitts entnommen, so daß es dem Gassensor
zugeführt wird, und es wird das Gas, welches dem Gassensor zum
Zweck der Erfassung zugeführt worden ist, durch die
Gasrückführungsöffnung des Zwischenabschnitts zu dem Adsorber
rückgeführt, wodurch eine Erfassung eines Durchbruches durch das
Adsorbens im Hauptbehandlungsabschnitt ermöglicht wird.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung sind der
Hauptbehandlungsabschnitt, der Zwischenabschnitt und der zusätzliche
Behandlungsabschnitt zur Vorbehandlung des schädlichen Abgases in
einer Integralbauweise angeordnet, und es ist der
Zwischenabschnitt mit einer Gasentnahmeöffnung und einer
Gasrückführungsöffnung versehen, wodurch es ermöglicht wird, das
behandelte
Gas in dem Hauptbehandlungsabschnitt zu sammeln und es
auch ermöglicht wird, die Adsorbentien in dem
Hauptbehandlungsabschnitt und dem zusätzlichen Behandlungsabschnitt
gleichzeitig zu ersetzen. In zusätzlicher Weise wird das in
dem Hauptbehandlungsabschnitt behandelte Gas von einer
Saugpumpe aus der Gasentnahmeöffnung herausgenommen, um einem
Gassensor zugeführt zu werden, wodurch die Konzentration des
behandelten Gases in dem Hauptbehandlungsabschnitt zu jeder
Zeit überwacht werden kann und somit eine Kontrolle der Be
handlungsbedingungen in dem Hauptbehandlungsabschnitt und dem
zusätzlichen Behandlungsabschnitt ermöglicht wird. Es ist zu
beachten, daß das Gas, welches dem Gassensor zum Zweck der
Erfassung zugeführt worden ist, zur Gasrückführungsöffnung
des Zwischenabschnitts rückgeführt wird, so daß es durch den
zusätzlichen Behandlungsabschnitt hindurch fließt, wodurch
die Menge an Substanzen, welche sich störend auf die Umgebung
auswirken können, in der gesamten Anlage, welche die
Behandlung und Erfassung umfaßt, auf einen Pegel reduziert wird,
der zu jeder Zeit unterhalb einer maximal zulässigen
Konzentration liegt.
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Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile
der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden
Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit
der beiliegenden Zeichnung mehr ersichtlich, in der die
gleichen Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und in der:
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Fig. 1 eine schematische Ansicht ist, die eine
Ausführungsform des Gasadsorbers gemäß der vorliegenden Erfindung
darstellt; und
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Fig. 2 eine schematische Ansicht ist, die eine weitere
Ausführungsform des Gasadsorbers gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden
nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrie
ben. Es ist zu beachten, daß die vorliegende Erfindung nicht
zwangsläufig auf diese Ausführungsformen beschränkt ist
In der Fig. 1, auf die zuerst Bezug genommen wird und die
eine Ausführungsform des Gasadsorbers gemäß der vorliegenden
Erfindung schematisch darstellt, weist ein Adsorber 1 eine
Integralbauweise auf, die einen Hauptbehandlungsabschnitt 2,
einen Zwischenabschnitt 3 und einen zusätzlichen
Behandlungsabschnitt 4 umfaßt. Der Hauptbehandlungsabschnitt 2 weist
eine Einlaßöffnung 5 für Abgas auf, während der zusätzliche
Behandlungsabschnitt 4 eine Auslaßöffnung 6 für behandeltes
Gas und der Zwischenabschnitt 3 eine Gasentnahmeöffnung 7 und
eine Gasrückführungsöffnung 8 aufweist, so daß das in dem
Hauptbehandlungsabschnitt 2 behandelte Gas von einer
Saugpumpe 9 aus der Gasentnahmeöffnung 7 entnommen wird, damit es
einem Gassensor 10 zugeführt wird, wo die Konzentration des
Gases erfaßt wird, und das Gas danach durch die
Gasrückführungsöffnung 8 zum Adsorber 1 rückgeführt wird.
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Abgas wird zuerst in den Hauptbehandlungsabschnitt 2
eingeführt, wo schädliche Bestandteile auf einem Adsorbens
adsorbiert werden, mit dem der Hauptbehandlungsabschnitt 2 gepackt
ist. Was das Adsorbens betrifft, kann ein geeignetes
entsprechend der Art des schädlichen Bestandteiles, der in dem Abgas
enthalten ist, ausgewählt werden aus physikalischen
Adsorbentien und chemischen Adsorbentien. Die Menge an eingesetztem
Adsorbens wird durch die Fließgeschwindigkeit des aus dem
betreffenden Prozess ausgetragenen Gases und die erforderliche
Behandlungsdauer bestimmt.
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Da der Zwischenabschnitt 3 mit der Gasentnahmeöffnung 7 und
der Gasrückführungsöffnung 8 versehen ist, kann das im
Hauptbehandlungsabschnitt 2 befindliche behandelte Gas in
einwandfreier Weise aus der Gasentnahmeöffnung 7 zwecks Analyse
gesammelt werden, die zur Überprüfung der
Behandlungsbedingungen im Hauptbehandlungsabschnitt 2 durchgeführt wird. Wird
ein Teil des in dem Hauptbehandlungsabschnitt 2 behandelten
Gases kontinuierlich über die Saugpumpe 9 aus der
Gasentnahmeöffnung 7 entnommen, um dem Gassensor 10 zugeführt zu
werden, so daß dadurch die Gaskonzentration allzeitig überwacht
wird, wie es bei dieser Ausführungsform gezeigt wird, lassen
sich die Behandlungsbedingungen im Hauptbehandlungsabschnitt
2 genau kontrollieren, so daß eine Vorbehandlung von Abgas
mit hoher Zuverlässigkeit durchführbar ist. Was den Gassensor
10 betrifft, wird ein Sensor, der einen schädlichen
Bestandteil wirksam erfaßt, der zuerst aus dem
Hauptbehandlungsabschnitt 2 entweicht, im allgemeinen entsprechend der
Zusammensetzung des Abgases und der Eigenschaften des Adsorbens
ausgewählt aus Gassensoren wie elektrochernischen Sensoren,
Halbleitersensoren, Wärrneleitfähigkeitssensoren usw. und
Sensoren, bei denen Prüfpapier verwendet wird, usw. Es ist zu
beachten, daß diese Sensoren ein der Gaskonzentration
entsprechendes elektrisches Signal abgeben können, so daß wenn
beim Auftreten eines Durchbruches ein Alarm gegeben wird, die
Bedienungsperson dies unfehlbar bemerken kann, und es ist
auch möglich, die im zusätzlichen Behandlungsabschnitt 4
hineinfließende Gasbelastung durch Aufzeichnen der
Gaskonzentration nach dem Auftreten des Durchbruches zu bestimmen. Es ist
zu beachten, daß das Gas, welches der Erfassung unterzogen
worden ist, durch die Gasrückführungsöffnung 8 des
Zwischenabschnitts 3 zum Adsorber 1 rückgeführt wird, weil bei Ver
wendung des Gassensors 10 schädliche Bestandteile nach der
Erfassung in dem Gas verbleiben können
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Schädliche Bestandteile, die nach der Erfassung des
Endpunktes im Hauptbehandlungsabschnitt 2 aus dem Hauptbehandlungs
abschnitt 2 in den Zwischenabschnitt 3 entweichen, werden auf
dem Adsorbens adsorbiert, mit welchem der zusätzliche
Behandlungsabschnitt 4 gepackt ist. Es besteht deshalb keine Gefahr
des sofortigen Entweichens von schädlichen Bestandteilen aus
der Anlage. Was das in dem zusätzlichen Behandlungsabschnitt
4 verwendete Adsorbens betrifft, kann dieses in allgemeiner
Regel ein Adsorbens jeglicher Art sein, welches einen
schädlichen Bestandteil wirksam zu behandeln vermag, der zuerst
aus dem Hauptbehandlungsabschnitt 2 entweicht. Es muß nicht
notwendigerweise dasselbe sein wie das, welches im
Hauptbehandlungsabschnitt 2 eingesetzt wird.
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Die verwendete Menge des Adsorbens wird unter
Berücksichtigung der Zeit bestimmt, die ab dem Moment, an dem der
Gassensor 10 ein Entweichen aus dem Hauptbehandlungsabschnitt 2
erfaßt, bis zum Aufhören der Verwendung des Gases in dem
betreffenden Prozess, um ein Ersetzen des Adsorbens zu
gestatten, verstreicht, und der Menge an schädlichem Gas, die
während dieser Zeitdauer in den zusätzlichen
Behandlungsabschnitt 4 hineinfließt, weil die Adsorbentien in dem
Hauptbehandlungsabschnitt und dem zusätzlichen Behandlungsabschnitt
gleichzeitig ersetzt werden. Wenn im Falle einer Niederdruck-
CVD-Anlage vom chargentyp zum Beispiel jeder Vorgang 3
Stunden dauert, dann beträgt die Zeit, in der das Gas tatsächlich
fließt, etwa 1 Stunde der Gesamtbetriebszeit, und die übrigen
zwei Stunden werden für die Erhöhung der Temperatur und für
andere Vorgänge gebraucht. In einem derartigen Fall ist es
deshalb nur erforderlich, daß der zusätzliche
Behandlungsabschnitt 4 das aus dem Hauptbehandlungsabschnitt 2
entweichende Gas noch mindestens eine Stunde zu behandeln vermag,
nachdem das Entweichen vom Gassensor 10 erfaßt worden ist. Da
in der Praxis das Entweichen aus dem
Hauptbehandlungsabschnitt 2 allmählich größer wird, ist die absolute Menge des
in dem zusätzlichen Behandlungsabschnitt 4 zu behandelnden
schädlichen Gases sehr gering im Vergleich mit der Menge des
in dem Hauptbehandlungsabschnitt 2 behandelten Gases. Deshalb
ist die Menge an Adsorbens, die tatsächlich in dem
zusätzlichen Behandlungsabschnitt 4 benötigt wird, etwa 1/50 bis 1/25
derjenigen im Hauptbehandlungsabschnitt 2.
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Da der zusätzliche Behandlungsabschnitt 4 zusammen mit dem
Hauptbehandlungsabschnitt 2 in einer Integralbauweise
ausgebildet ist, werden die Adsorbentien in diesen Abschnitten
gleichzeitig ersetzt, so daß es nicht notwendig wird, diese
getrennt zu kontrollieren und es deshalb möglich ist, einen
Handhabungsfehler zu vermeiden.
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Fig. 2 ist eine schematische Ansicht, die eine weitere
Ausführungsform des Gasadsorbers gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt, Die in Fig. 2 gezeigten Bauteile sind die
gleichen wie die in Fig. 1. In der in Fig. 2 gezeigten
Anordnung sind jedoch der Zwischenabschnitt 3 und der zusätzliche
Behandlungsabschnitt 4 von einer im Vergleich mit dem
Hauptbehandlungsabschnitt 2 verringerten Größe. Diese drei
Abschnitte können auf diese Weise in einer Integralbauweise
angeordnet werden&sub0; Bei der zweiten Ausführungsform sind alle
Einlaß- und Auslaßöffnungen jeweils mit Ventilen versehen.
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Somit ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, ein
schädliches Gas auf sichere und wirksame Weise zu behandeln,
während die Behandlungsbedingungen im Adsorber beobachtet
werden können, ohne daß schädliches Gas zur stromabwärts
liegenden Seite des Adsorbers entweicht.
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Obwohl die vorliegende Erfindung mit spezifischen Begriffen
beschrieben worden ist, sollte hier beachtet werden, daß die
beschriebenen Ausführungsformen nicht zwangsläufigerweise von
ausschließlicher Art sind, und daß diese mit verschiedenen
Änderungen und Modifikationen versehen werden können, ohne
den Umfang der Erfindung zu verlassen, der lediglich von den
beigefügten Ansprüchen beschränkt wird.