CN101031349B - 用于清洁生产过程中产生的有毒气体的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于清洁生产过程中产生的有毒气体的装置，利用该装置，在反应室中进行热分解，并利用清洗装置中的吸收剂对反应产物进行后续处理，以使可溶于水的反应产物发生化合，并洗提固体反应产物。通过本发明，要实现在较大气体吞吐量情况下最高效率的清洁，并同时使反应室得以有效地冷却。这样实现该目标，即，反应室(1)由外壁(2)和内壁(3)组成，其中内壁(3)以预定的角度漏斗状向下逐渐变窄；在反应室(1)上设置将其向上封闭且用于有毒气体热处理的装置；反应室(1)向下逐渐变窄的内壁(3)在内侧上具有均匀向下流动的水膜(4)，其中反应室(1)的内壁在外部被水套所覆盖；并且在变窄的内壁(3)的下端设置有废气排出口(11)以及用于水循环的接口(12)。

Description

用于清洁生产过程中产生的有毒气体的装置 
技术领域
本发明涉及一种用于清洁生产过程中产生的有毒气体的装置，利用该装置，在反应室中进行热分解，并且利用清洗装置中的吸收剂对反应产物进行后续处理，以使可溶于水的反应产物发生化合，并洗提固体反应产物。 
背景技术
在制作半导体回路中会产生大量诸如此类的有毒气体，由于它们具有毒性，所以不能对其不加处理就排放到环境中。这些有毒气体举例来说有HF、SiH2Cl2、SiCl4、NH3、C2F6，PH3、BCl3、NF3等等。 
众所周知的是，绝大多数这种来自于半导体制作过程中或来自于其它化学反应中的废气都可以通过氧化或者热分解而变成无害的。在原理上，热分解是由燃烧天然气或氢气与空气以及氧气所产生的火焰来实现的。除了有时需附加引入氧气或空气外，其他反应物的引入是没有必要的。热处理后的反应产物是完全无害的，它们要么是气态形式，要么是固态形式，要么就是能溶于水中。诸如水蒸气或CO2类的气态反应产物不需要再次处理就能排放到环境中去。 
对热分解来讲，已经研发了一系列燃烧方法以及反应室，并在实际中得以应用。EP 0346803 B1中公开了一种用于清洁废气的装置，它由一个反应室组成，在反应室底部设置有燃烧器，燃烧器通过可燃气体如氢气和氧气以及空气或天然气进行燃烧的同时，导入需要清洁的废气。伴随燃烧产生的反应产物不但含有固体，还含有可溶于水的反应产物。
为了能使反应产物彻底从废气中排除，把伴随燃烧产生的反应物在燃烧之后直接通到吸收剂中，例如通到水中。此外，在燃烧器的上方设置喷射装置，喷射装置正对着反应产物的上升气流喷射。喷射装置的结构应不把喷出的吸收剂喷射到火焰里(EP 0 702 771 B1)，并且在燃烧器火焰的上方设置喷出保护装置(锥形、半球形或与其类似的)，并在喷出保护装置的上方设置如EP 0 346 803 B1的喷射装置。 
目的是，消除来自于燃烧废气中的可溶于水的反应产物以及洗提来自于反应室中的固态反应产物(例如来自于硅氢化合物反应产物的SiO2)。为达到此目的，在DE 196 008 73 A以及在WO 03/085321 A1中，反应室向上与喷出保护装置相接，径向与一圆柱形的壁相接，通过一外壁将整个装置罩住。固态反应产物沿着外壁的内侧、也就是反应室的外部连同吸收剂一起向下被喷出，并被引入到设置在燃烧器下方的净化装置中。 
这里具有缺点的是，燃烧必须在相应的高温下进行，燃烧室的组成零件也会因此获得高温或者是温度变换带来的负荷，从而加快它们的损耗。另外一个缺点是，通过向上燃烧的火焰可以致使在燃烧器里面或在燃烧器外面积聚反应产物。结果就是效率不断地降低并且需要经常对其进行清洁。 
最后一个缺点可以通过在燃烧室里靠上的位置设置燃烧喷嘴来解决，就像EP 0 803 042 B1中的那样，让火焰向下燃烧。通过这种方法能大大减少燃烧器固体反应产物的积聚，并且能明显改善其耐久性。然而，反应室中高温所带来负荷的问题却依然存在。结果就是需要更多地对其进行保养。 
在其他的一些废气清理方法中，可以利用向上燃烧的火焰以及随后的废气催化处理来进行(如EP 0 736 322 B1)。这种方法也明确的显示出，无论如何都需要用吸收剂对其进行后续处理。
发明内容
出于以上原因，本发明的任务是，公开一种用于清洁生产过程中产生的有毒气体的装置，其能够在较高气体吞吐量的情况下达到最高效率的清洁，同时实现对反应室的非常有效的冷却。 
本发明的这一任务通过下述内容得以解决，反应室由外壁和内壁组成，其中内壁以预定的角度漏斗状向下逐渐变窄；在反应室上设置将其向上封闭且用于有毒气体热处理的装置；反应室向下逐渐变窄的内壁在内侧上具有均匀向下流动的水膜，其中反应室的内壁在外部被水套所覆盖；并且在变窄的内壁的下端设置有废气排出口以及用于水循环的接口。 
在本发明的第一个实施例中，用于有毒废气热处理的装置是具有向下燃烧的火焰的燃烧器，该火焰向下燃烧进入反应室中。 
燃烧器在此优选为外混合型燃烧器，它含有至少一条用于待处理的有毒废气的中央供给线。 
为了达到尽可能高的被处理有毒废气的吞吐量，提供多条供给线，其中用于可燃气体的喷嘴以及用于空气或者氧气的喷嘴围绕用于有毒废气的中央供给线。 
在本发明的第二个实施例中，用于对有毒废气进行热处理的装置是电加热室，其中提供多条供给线用于要进行热处理的有毒废气。 
为了室的有效加热，提供多条相互平行设置且被插入室中的加热棒，使得室容积至少在要处理的有毒废气的通流区域中能够被均匀加热。
在该发明的进一步实施中，外壁和内壁在底部利用圆形底盘这样彼此连接，使得内壁与外壁之间的中间空间可基本上完全被水注满，其中内壁的上边缘构成为用于在此中间空间中的水的流出口，并且该中间空间与供水线相连。 
供水线设置有用于向中间空间输送的水的调节装置或者节流装置。 
在本发明的另外一个实施例中，将内壁的废气排出口与设置在反应室旁边的、其内注有填充材料的清洗柱相连，从而实现有毒废气的有效的后续处理，并特别是能从反应室废气中除去可溶于水的成分。 
进一步，在废气排出口与清洗柱之间设置冷却装置，该冷却装置用于冷却离开反应室的废气，它至少由用于水的喷嘴所组成。 
这至少一个喷嘴的喷射流优选地正对着气体流动方向。 
在本发明的另外一个实施例中，供水线由中间空间中的立管组成，其中立管具有在中间空间底盘上方的排水口。 
为了产生盈余，另外提供了两个反应室，它们的排出口分别可与清洗柱以及水循环耦合。 
最后，每个反应室的水循环的接口与水箱耦合，水箱与用于固体反应产物的过滤装置以及用于填充中间空间的水泵相连。 
附图说明
下面利用实施例对本发明进一步地阐述。在对应的图中： 
图1：设置有燃烧器的反应室的示意性截面图； 
图2：图1中的零件A的放大图； 
图3：根据图1的带有供水线的打开的反应室的示意性部分截面图； 
图4：带有电加热反应室的反应室的示意性截面图；和 
图5：用来清洁生产过程中产生的有毒气体的装置的示意图，其带有两个耦合的反应室以及所属的清洗柱，该清洗柱用于对经热处理的有毒废气进行后续处理。 
具体实施方式
图1展现了用于清洁生产过程中所产生的有毒气体的装置的示意性截面图，该装置拥有反应室1，它由外壁2与内壁3组成。内壁3以预定的角度漏斗状向下逐渐变窄。 
均匀的水膜4顺着反应室1向下逐渐变窄的内壁3的内侧向下流动。在图1中通过一条虚线来表示水膜。为了实现这一点，水套位于反应室内壁3与外壁2之间的中间空间5里，水被按照给定量持续地供给入该中间空间，从而让被供给的水高于内壁3的上边缘6，并且在内壁3的内侧上形成水膜。 
为此，外壁2和内壁3在底部利用圆形底盘7相互连接，从而让内壁3和外壁2之间的中间空间5能够基本完全被水注满，内壁3的上边缘6作为中间空间5中的水的溢出口(图2)。水通过立管8被引入到中间空间5中，该立管的排水口9位于底板7的上方(图3)。立管8与水循环10相连，水循环在图4有所展示。在立管8的供水线中，可以设置用于要供给的水的调节装置，在最简单的情况中，该调节装置由用于要供给的水的节流装置组成。 
废气排出口11和接口12位于变窄的内壁3的下端，废气排出口穿过底板7，接口在水箱13中终止。 
在反应室1上设置有用于密封燃烧室1的外罩14，通过常用的快 速闭合可以让外罩14与外壁2的上边缘密封相连。外罩14同时还用于容纳燃烧器15的指向反应器1内的喷嘴16，由此可以产生在反应室1内向下燃烧的火焰。 
为了处理有毒气体，燃烧器15应优选为带有用于要处理的有毒废气的中央供应线的外混合型燃烧器。要处理的废气的供给通过多个在图1中示意性所示的供应管道17进行。燃烧器15配备有用于可燃气体(如氢气或是天然气)的喷嘴以及用于空气或者氧气的喷嘴。相应的可燃气体供应线在图1中示意性示出。为了清洁燃烧器开口，在反应室1的内部是可从外部操作的、带有撇渣器20的清洁装置19。 
利用中间空间5中的水套能整体上实现反应室1的加强冷却，从而所有的元件，例如内壁3和外壁2都几乎没有热负荷。此外，内壁3内侧上的水膜4还用于强烈衰减火焰的辐射热。同时水膜阻碍在内壁3内侧上以及在用于水箱13的接口12里以及部分还在废气排出口11中的沉淀物堆积。此外，为了点燃燃烧器火焰，在外罩14中还有引燃器21。 
代替燃烧器15，还可以在反应室1上使用电加热室21，其带有多个用于要热处理的有毒废气的供应线22(图4)。在室21中有多个彼此平行设置且伸入室中的加热棒23，其借助隔离的通道24被固定在室21的覆盖板25中。 
为了利用吸收剂对反应产物进行后续处理，以将可溶于水的反应产物化合并洗提固体反应产物，清洗柱26位于反应室1旁。为此，内壁3的废气排出口11与清洗柱26相连(图5)。 
在清洗柱26中有填充材料27以及多个喷嘴28，吸收剂从它们中被喷出。
为了冷却离开反应室1的废气，在废气排出口11和清洗柱26之间设置有冷却装置，该装置为至少一个喷嘴34的形式，它的喷射流正对着气体流动方向。 
为了实现根据本发明的装置的期望盈余，还可以提供两个反应室1，1′，它们的排出口11分别与清洗柱26以及水箱13是可以连接的(图5)。节流阀29，30设置在导管内。 
用于各个反应室1，1′的水循环的接口12与水箱13相连，水箱与用于固体反应产物的过滤装置31以及用于填充中间空间5的泵32耦合。此外，通过水管连接33可以填充水箱13。
附图标记 
1    反应室 
2    外壁 
3    内壁 
4    水膜 
5    中间空间 
6    边缘 
7    底盘 
8    立管 
9    排水口 
10   水循环 
11   废气排出口 
12   水箱接口 
13   水箱 
14   外罩 
15   燃烧器 
16   喷嘴 
17   有毒废气的供应线 
18   可燃气体的供应线 
19   清洁装置 
20   撇渣器 
21   室 
22   有毒废气的供应线 
23   加热棒 
24   通道 
25   覆盖板 
26   清洗柱 
27   填充材料 
28   喷嘴 
29   节流阀
30   节流阀 
31   过滤装置 
32   泵 
33   水管连接 
34   喷嘴

Claims (16)

1.用于清洁生产过程中产生的有毒气体的装置，清洁是通过在反应室中的热分解以及利用清洗装置中的吸收剂对反应产物的后续处理而进行的，以化合可溶于水的反应产物并洗提固体反应产物，其特征在于，反应室(1)由外壁(2)和内壁(3)组成，其中内壁(3)以预定的角度漏斗状向下逐渐变窄；在反应室(1)上设置将其向上封闭且用于热处理有毒废气的装置；反应室(1)的向下逐渐变窄的内壁(3)在内侧上具有均匀向下流动的水膜(4)，其中反应室(1)的内壁在外部被水套所覆盖；并且在变窄的内壁(3)的下端设置有废气排出口(11)以及用于水循环的接口(12)。
2.按照权利要求1所述的装置，其中，用于热处理有毒废气的装置是具有向下燃烧的火焰的燃烧器(15)，该火焰向下燃烧进入反应室(1)中。
3.按照权利要求2所述的装置，其中，燃烧器(15)为外混合型燃烧器，其带有至少一条用于待处理的有毒废气的中央供给线(17)。
4.按照权利要求3所述的装置，其中，提供多条用于待处理的有毒废气的中央供给线(17)，其中用于可燃气体的喷嘴以及用于空气或者氧气的喷嘴围绕所述中央供给线(17)。
5.按照权利要求1所述的装置，其中，用于热处理有毒废气的装置是电加热室(21)，其中提供多条用于要热处理的有毒废气的供给线(22)。
6.按照权利要求5所述的装置，其中，电加热室(21)可通过多个彼此平行设置且插入电加热室(21)中的加热棒(23)加热。
7.按照权利要求1至6之一所述的装置，其中，外壁和内壁(2，3)在底部利用圆形的底盘(7)这样彼此连接，使得内壁(3)与外壁(2)之间的中间空间(5)可基本上完全被水注满，其中内壁(3)的上边缘(6)构成为在此中间空间(5)中的水的流出口，并且该中间空间(5)与供水线相连。
8.按照权利要求7所述的装置，其中，供水线设置有对于向中间空间(5)供给的水的调节装置。
9.按照权利要求7所述的装置，其中，供水线设置有对于要供给的水的节流装置。
10.按照权利要求1至6之一所述的装置，其中，废气排出口(11)与设置在反应室(1)旁边的清洗柱(26)相连。
11.按照权利要求10所述的装置，其中，在废气排出口(11)与清洗柱(26)之间设置用于冷却离开所述反应室(1)的废气的冷却装置。
12.按照权利要求11所述的装置，其中，冷却装置由至少一个用于水的喷嘴(34)组成。
13.按照权利要求12所述的装置，其中，所述至少一个喷嘴(34)的喷射流正对着气体流动方向。
14.按照权利要求7所述的装置，其中，用于中间空间(5)的供水线由立管(8)组成，其具有在底盘(7)上方的排水口(9)。
15.按照权利要求10所述的装置，其中，提供两个反应室(1，1’)，它们的废气排出口(11)分别能与清洗柱(26)以及水循环(10)耦合。
16.按照权利要求1所述的装置，其中，用于每个反应室(1，1’)的水循环的接口(12)与水箱(13)连接，水箱与用于固体反应产物的过滤装置(31)以及用于填充中间空间(5)的泵(32)连接。
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