CN103301725B - 用于处理有害气体的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于处理有害气体的方法，在该方法中，有害气体借助于反应介质至少部分地转换成过程气体，其中，过程气体和/有害气体的热能至少部分地用于反应介质的蒸发，其中，过程气体和/或有害气体的热能间接地排出给气溶胶形式的反应介质。本发明还涉及一种用于处理有害气体的装置，该装置具有一反应器（4），该反应器构造用于，使反应介质与有害气体能够至少部分地反应成过程气体，其中，设置一用于将过程气体和/或有害气体的热能传递到反应介质上的热交换器（4.1），其中，设置一通入反应器头部（10）中的喷入装置（30），借助于该喷入装置能够将反应介质喷入到反应器头部（10）中。

Description

用于处理有害气体的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于处理有害气体的方法和装置，其中，有害气体借助于反应介质至少部分地转换成过程气体。

背景技术

开始所述类型的方法在现有技术中已知。在这里提到的意义上，有害气体例如是有毒的或者还可以反应的气体。这样的有害气体经常在生产材料时，尤其是生产半导体材料时产生。有害气体可以以不同的方法处理。对于反应性有害气体，一种用于处理的可能性是通过合适的氧化剂和还原剂进行氧化或者还原。此外，有害气体可以被热裂化。已处理的有害气体在本发明的范围中称为过程气体。

已知的、用于处理有害气体的方法具有显著的能量消耗。这提高了材料，例如半导体材料的生产成本，因为有害气体的处理是不可避免的。

US2011/0206582A1描述了一种用于有害气体处理的装置，在该装置中，根据图4将一反应器构造为圆柱形的桶，在该反应器上设置一接触反应器外表面的管式管道。由此，处于该管式管道中的水被加热和蒸发。蒸发的水通过一喷嘴喷入到该反应器中。

US2004/0141900A1公开了一种用于处理含有全氟化合物的废气的方法，在该方法中，水借助于热交换器蒸发并且流入到反应器中。

US5,560,844描述了一种感应等离子燃烧器，在该感应等离子燃烧器中液体被导入到横截面为U形的通道中。

发明内容

由此，本发明的任务是，对开始所述类型的方法和装置这样改进，使得有害气体的处理能够比迄今为止的更低廉。根据本发明的一个方面，提出一种用于处理有害气体的方法，在该方法中，有害气体在一反应器中借助于反应介质至少部分地转换成过程气体，过程气体和/或有害气体的热能至少部分地用于反应介质的蒸发，并且过程气体和/或有害气体的热能间接地排出给反应介质，其中，所述反应介质以气溶胶形式存在，所述反应介质喷入到位于所述反应器的上端部区域的反应器头部的环绕的室中并且在此处蒸发，与所述反应器处于热接触中的反应介质通过一个管道环路和管被导引至处于上端部区域处的入口，并且在该反应器的上端部区域中进行反应介质向有害气体中的输送。

根据本发明的另一方面，提出一种用于处理有害气体的装置，具有一反应器，该反应器构造用于，使反应介质与有害气体能够至少部分地反应成过程气体，该反应器中设置一用于将过程气体和/或有害气体的热能传递到反应介质上的热交换器，并且该该反应器中设置一喷入装置，所述反应介质以气溶胶形式存在，在所述反应器的一个上端部区域的一个反应器头部中设置一环绕的室，所述喷入装置通入该环绕的室中并且反应介质能够通过一个管道环路和管喷入到该环绕的室中，并且在该反应器的上端部区域中进行反应介质向有害气体中的输送。

用于处理有害气体的根据本发明的方法设规定，有害气体借助于反应介质至少部分地转换成过程气体。有害气体例如可以在生产半导体材料时产生。对于所使用的反应介质，例如可以使用水(尤其是去离子水)、空气或者水-空气混合物(尤其也在使用去离子水的情况下)。过程气体在化学上与有害气体不同。

在此设置，过程气体和/或有害气体的热能至少部分地用于反应介质的蒸发。在根据本发明的方法的范围中，用于处理有害气体的反应介质蒸气态地存在，在使用水或者去离子水时为水蒸汽。

有害气体的处理还可以在热学上实现。为此，使有害气体以及反应介质达到相应高的温度并且在此被热转换。有害气体和过程气体，即被处理并且(至少部分地)转换的有害气体随后携带显著的热能，这些热能根据本发明用于蒸发反应介质，例如水。以这种方法，反应介质不须分开加热或者仅须部分地分开加热。根据本发明的方法的能量平衡由此显著好于已知方法。

根据本发明设置，过程气体的热能释放到气溶胶形式的反应介质、例如水上，该反应介质作为承载气体喷入到空气中。这样的气溶胶或者说喷雾具有比纯的气体更高的热容和更低的温度，并且从过程气体到反应介质的热传递可以比在纯的气体的情况下更有效地实现。气溶胶形式的反应介质作为气溶胶存在。

根据本发明还设置，过程气体的热能间接地释放到反应介质上。在这样的间接释放热能的情况下，可以设置一种类型的热交换器，该热交换器将过程气体的热能传递到反应介质上。在最简单构型中，这例如可以是一反应器的反应器壁面，根据本发明的、用于处理过程气体的方法在该反应器中实施。反应介质以这种方法可以保持与过程气体分离。

根据本发明的另一可能的构型可以设置，该方法通过一反应器实施，其中，过程气体到反应介质上的热能传递在反应器的下部区域中进行并且反应介质向有害气体中的输送在反应器的上端部区域中进行。

根据本发明的另一可能的构型可以设置，与反应器处于热接触的反应介质被导引向在上端部上的入口。尤其当需要热处理有害气体时，该反应器可以被加热。反应器的加热可以以电的方式实现。

在这里确定的各端部区域涉及反应器高度的下百分之二十或者上百分之二十、优选百分之十、特别优选百分之五。在此，也可以将上端部区域以及下端部区域中的不同等级相组合。

根据本发明的另一可能的构型可以设置，反应介质喷入到反应器头部中并且在反应器头部处蒸发。以这种方法可以借助于反应介质冷却反应器头部。

本发明的第一独立主题涉及一种用于处理有害气体的装置具有反应器，该反应器构造用于使有害气体可与反应介质至少部分地反应成过程气体。根据本发明设置一用于将有害气体和/或过程气体的热能传递到反应介质上的热交换器。借助于根据本发明的装置可使存储在过程气体中的热能用于加热反应介质，例如以便蒸发例如可以作为气溶胶存在的水。

在此，设置一在反应器头部中通入的喷入装置，反应介质借助于该喷入装置能够喷入到反应器头部中。由此，反应介质在喷入后作为气溶胶存在。

根据一个可能的构型可以设置，反应器至少在它的下端部的区域中构造成双壁的。在此，在两壁之间构造空腔，根据本发明的这个构型，反应介质可以在该空腔中导入。这种类型的结构可以相对简单地实现。“下”和“上”的概念应就重力下的位态而言来理解。

根据本发明的另一可能的构型，反应器可以在它的下端部的区域中尤其是在它的构造成双壁的区域中，构造成向下逐渐变窄，尤其锥形地逐渐变窄。这种类型的、锥形的或者说楔形的逐渐变窄提高了过程气体和反应介质之间在其中发生热交换的区域的表面积。

根据本发明的另一可能的构型可以规定，设置至少一个螺旋形地围绕反应器外壳的连接管道，反应介质能够在该管道中从反应器的下端部区域向上端部区域导引。以这个方法可以实现对流原理，在该方法中，反应介质将热从反应器的下端部区域向上端部区域输送，在上端部区域处，热又可以用于有害气体的热处理。

根据本发明的另一可能的构型可以设置，连接管道与反应器热耦合。通过这样的、热耦合的连接管道可以使热能更好地在地点和位置上定位。

根据本发明的另一可能的构型可以设置，连接管道在反应器的上端部区域中在一构造在反应器头部和反应器头部法兰之间的缝隙中通入。用这种方法可以使得反应介质在反应器中在相对更靠上的部位中输入，不会由于其他的、在反应器头部中通入的连接管道而阻碍通过取下反应器头部来打开反应器。此外，连接管道可以以这种方法径向地布置或者径向错位，以便实现反应介质与有害气体良好的彻底混合。反应器头部向上封闭反应器。

根据本发明的另一可能的构型，可以在反应器头部和热交换器之间设置一连接管道。根据本发明的另一可能的构型可以规定，在反应器头部中设置一环绕的室，喷入装置通入该环绕的室中并且反应介质可喷入到该环绕的室中。反应介质可以在该环绕的室中吸收反应器头部的热并且在此蒸发。随后，反应介质可以通过连接管道被导向热交换器，反应介质可以在热交换器处进一步吸收热能并且被再加热。

根据本发明的另一可能的构型可以设置，连接管道从反应器头部引到反应器的下端部区域中。在这个构型中，反应介质能够吸收过程气体的热能。

向反应器的内部(例如通过之前描述的、反应器法兰和反应器头部之间的缝隙)的回流，可以和之前描述的一样地进行，即，尤其通过螺旋形的、尤其是布置在反应器加热装置的径向外侧并且尤其与反应器处于热接触中的连接管道。

根据本发明的另一可能的构型可以设置，喷入装置在反应器头部中切向地或者以5°到20°之间的角度、尤其是15°倾斜地定向，或者以5°到20°之间的角度、尤其是15°从上向下倾斜地定向。

此外，反应器还可以是绝热的，以减少向外的热损失。如果设置的话，绝缘装置尤其也包括反应器加热装置和/或连接管道。

附图说明

本发明其他的目标、优点、特征和应用可能性根据图示由一个实施例的以下描述给出。在此，所有描述的和/或用图示描述的特征单独地或者以任意有意义的组合形成本发明内容，与它们在权利要求中的总结或者权利要求的引用无关。

附图示意性地示出：

图1根据第一实施方式的本发明装置的横截面；

图2图1中的装置的下端部区域根据局部“x”的放大图；

图3图1中的装置的上端部区域根据局部“y”的放大图；

图4根据第二实施方式的本发明装置的简化示意图以及

图5图4中的装置的上端部区域的放大图。

具体实施方式

图1示出本发明的用于处理有害气体的装置2。用于处理有害气体的装置2具有反应器4，有害气体的处理在该反应器中被热地并且借助于反应介质进行。作为反应介质例如可考虑水和/或空气，该反应介质作为水蒸汽引到反应器4中。水蒸汽在反应器中用于使氧化的气体还原，例如由F₂形成HF。可以与反应介质一起被引入的氧气用于氧化可燃气体。

在反应器4的内部设置刮板6，该刮板可被旋转地和/或振动地驱动并且它的棱边在反应器4的内壁上顺着移动，以便将附着在内壁处的固体从该壁去除，这些固体例如可能在有害气体氧化时产生，例如是氧化硅或者氧化硅烷(Silanoxid)。振动可以水平地或者垂直地进行。

反应器4在下端部区域4.1中构造成向下锥形地逐渐变窄。

反应器4具有在周向上封闭反应器的反应器壁8。在上端部区域中，反应器4被反应器头部10封闭。

锥形地逐渐变窄的下端部区域4.1实施成双壁的。在反应器壁8和外壁12之间构造空腔14。作为反应介质的水作为气溶胶被喷入到空腔14中。水在反应器壁8上吸收从反应器4向下流出的过程气体或者有害气体的热量并且被蒸发。水蒸汽向上流并且在该处在螺旋形延伸的管16中被导引向反应器4的上端部区域4.2。管16至少部分地围绕反应器4并且与反应器处于热接触中。

在管16和反应器壁8之间设置加热装置18，以便加热反应器4和以便能够实现有害气体的热处理。通过管16在加热装置18外的布置确保，加热装置18的向外辐射的热功率被该管吸收，由此，导引到管16中的水蒸汽被再加热。再加热的水蒸汽在上端部区域4.2中通过在反应器壁8和反应器头部10之间形成的缝隙20基本在径向方向上导入到反应器4中。

有害气体通过入口22基本在垂直方向上导入到反应器4中。通过缝隙20的基本上水平的布置，实现有害气体和反应介质之间良好的彻底混合，这提高了该方法的效率。有害气体-反应介质混合物被已加热的反应器壁8进一步加热，这有利于有害气体的处理。在下端部区域4.1中，有害气体进一步转换成过程气体，该过程气体在下部的、锥形地逐渐变窄的下端部区域4.1中释放它的热能。

图2示出下端部区域4.1中的放大的局部。反应介质借助于喷嘴24转换成喷雾或者说气溶胶并且喷向反应器壁8。反应介质在反应器壁处变暖并且在反应器壁8和外壁12之间形成的空腔14中向上升。

图3示出反应器4的上端部区域4.2的放大的局部。反应器头部10例如旋紧在构成在反应器壁8中的法兰26上。在法兰26和反应器头部10之间设置缝隙20，热的反应介质蒸汽通过该缝隙导入到反应器4中。

图4示出根据本发明的用于处理有害气体的装置2’的另一实施方式。在所示的实施方式中，相同的或者相同作用的元件以与在上一个实施方式中相同的标记表示。

在图4中描述的实施方式中，过程气体和/或有害气体的热能在反应器头部10的区域中用于蒸发反应介质。由此，能够同时实现反应器头部10的冷却。

在反应器头部10中为此设置环绕的室32，反应介质通过喷入装置30，例如喷嘴，喷入到该室中。该喷入尤其在切向上或者与切向成一角度地或者从上以一优选15°的角度进行。该角度可以尤其为与切向成大约15°。由此实现反应介质和空气的良好的彻底混合。

图5中示出上端部区域4.2’的放大的局部。反应介质在侧面借助于喷入装置30喷入到设置在反应器头部10中的、环绕的室32中。

借助于从环绕的室32引下的管道环路34，在反应器头部10中蒸发的水然后向下输送，蒸发的水在那里能够在蛇形管或者管16中吸收来自过程气体的进一步的反应散热并且能够被进一步再加热。随后，再加热的反应介质又通过管16向上并且如在到目前的实施方式中所描述的一样导入到反应器4中。

作为反应介质尤其可考虑去离子水。

参考标记列表

2，2’用于处理有害气体的装置

4反应器

4.1下端部区域

4.2上端部区域

6刮板

8反应器壁

10反应器头部

12外壁

14空腔

16管

18加热装置

20缝隙

22入口

24喷嘴

26法兰

30喷入装置

32环绕的室

34管道环路

Claims (13)

1.用于处理有害气体的方法，在该方法中，有害气体在一反应器(4)中借助于反应介质至少部分地转换成过程气体，过程气体和/或有害气体的热能至少部分地用于反应介质的蒸发，并且过程气体和/或有害气体的热能间接地排出给反应介质，其特征在于，所述反应介质以气溶胶形式存在，所述反应介质喷入到位于所述反应器(4)的上端部区域(4.2)的反应器头部(10)的环绕的室(32)中并且在此处蒸发，与所述反应器(4)处于热接触中的反应介质通过一个管道环路(34)和管(16)被导引至处于上端部区域(4.2)处的入口，并且在该反应器(4)的上端部区域(4.2)中进行反应介质向有害气体中的输送。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，在该反应器(4)的锥形地逐渐变窄的下端部区域(4.1)中进行过程气体和/或有害气体的热能向反应介质上的传递。

3.用于处理有害气体的装置，具有一反应器(4)，该反应器构造用于，使反应介质与有害气体能够至少部分地反应成过程气体，该反应器中设置一用于将过程气体和/或有害气体的热能传递到反应介质上的热交换器，并且该反应器中设置一喷入装置(30)，所述反应介质以气溶胶形式存在，在所述反应器的一个上端部区域(4.2)的一个反应器头部(10)中设置一环绕的室(32)，所述喷入装置(30)通入该环绕的室中并且反应介质能够通过一个管道环路(34)和管(16)喷入到该环绕的室中，并且在该反应器(4)的上端部区域(4.2)中进行反应介质向有害气体中的输送。

4.根据权利要求3的装置，其特征在于，所述反应器(4)至少在该反应器的下端部区域中构造成双壁的，其中，在双壁之间形成空腔(14)，反应介质能够引入在该空腔中。

5.根据权利要求3的装置，其特征在于，所述反应器(4)在其下端部区域中构造成向下逐渐变窄。

6.根据权利要求5的装置，其特征在于，所述反应器(4)在其下端部区域中构造成向下逐渐锥形地变窄。

7.根据权利要求3至6中任一项的装置，其特征在于，设置至少一个螺旋形包围反应器外壳的连接管道，反应介质能够在该连接管道中从反应器(4)的下端部区域(4.1)向反应器(4)的上端部区域(4.2)导引。

8.根据权利要求7的装置，其特征在于，所述连接管道与反应器(4)热耦合。

9.根据权利要求7的装置，其特征在于，所述连接管道在反应器(4)的上端部区域(4.2)中通入一构造在反应器头部(10)和反应器头部法兰之间的缝隙(20)中。

10.根据权利要求3的装置，其特征在于，在反应器头部(10)和热交换器之间设置所述管道环路(34)和所述管(16)。

11.根据权利要求3的装置，其特征在于，所述管道环路(34)和所述管(16)从反应器头部(10)导引到反应器(4)的下端部区域(4.1)中。

12.根据权利要求3的装置，其特征在于，所述喷入装置(30)在反应器头部(10)中切向地或者以与切向成5°到20°之间的角度斜着从上到下地定向。

13.根据权利要求12的装置，其特征在于，所述角度是15°。