CN109718649A - 高效能尾气处理设备 - Google Patents

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曾伟庭
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Abstract

一种高效能尾气处理设备，适用于以甲烷处理一氧化二氮废气，并包含废气输气管、甲烷输入管，以及加热部。所述废气输气管用于输送所述一氧化二氮废气。所述甲烷输入管用于提供甲烷。所述加热部包括反应炉、贯穿所述反应炉底壁的预热管，及数根设于所述反应炉内且彼此角度相间隔地围绕所述预热管的垂直加热棒。所述废气输气管内的一氧化二氮废气与所述甲烷输入管内的甲烷混合后流入所述预热管预热，继而进入所述反应炉内被所述加热棒加热，以在大于850℃～950℃的预定温度下进行加热分解反应。

Description

高效能尾气处理设备
技术领域
本发明涉及一种废气处理设备，特别是涉及一种高效能尾气处理设备。
背景技术
一氧化二氮(N2O)广泛应用于半导体工业制程上，其浓度可高达99.999％。然而，一氧化二氮与二氧化碳(CO2)同样都是温室气体，且一氧化二氮所能造成的温度效应效果大约是二氧化碳的296倍。因此，基于环境保护及地球永续发展的理念，有必要设法降低工业制造过程中所排放的一氧化二氮浓度。
参阅图1现有废气处理设备1，其包括一与前端制造设备(图未示)连通的入口洗涤单元11、一与该入口洗涤单元11连通的反应单元12、一与该反应单元12连通的出口洗涤单元13，及一用于盛接洗涤废水的水槽14。
该入口洗涤单元11引入外界水源，利用直接喷洒水的方式，使废气与水进行初步反应，以除去废气中的可溶于水或能与水反应的成分。接着，洗涤后产生的废水被引导至该水槽14中。
该反应单元12用于对废气进行加热分解反应，使废气中受热产生结晶的成分得以析出。而部分成分析出后产生的结晶盐可直接以物理方式刮除，并另外进行针对性的处理。
该出口洗涤单元13同样引入外界水源对经过加热分解反应后的废气再一次洗涤，以再一次去除废气中可溶于水或能与水反应的成分。洗涤废气后的废水同样被引导至该水槽14，并经过特定处理后方可排放。至于以该出口洗涤单元13洗涤后的废气则是借助风扇15提供的动力而排出至外界。
然而，随着环保意识抬头，废气的可排放标准也日渐提高，因而单纯对一氧化二氮废气进行洗涤及加热分解反应，已逐渐无法符合排放标准。因此，如图2中国台湾第M528512号新型专利案所示，其公开一种以甲烷处理一氧化二氮废气的气体处理装置9100，包含一管路单元91、一反应腔座92，及一加热单元93。该管路单元91包括一甲烷输送管911、一空气输送管912、一能供一氧化二氮通入的制程气体输送管913，及一端部9141连接该甲烷输送管911、该空气输送管912与该制程气体输送管913的汇流管914。该汇流管914界定出一预混合流道9140。该反应腔座92连接该汇流管914的另一端部9142，并包括一界定出一反应空间9210的腔壁921、一贯穿该腔壁921且与该预混合流道9140相连通的进气口922，及一贯穿该腔壁921的排气口923。该加热单元93邻近该反应腔座92并能用于加热该反应空间9210，使该反应空间9210温度不低于摄氏600度。然而，上述中国台湾第M528512号新型专利案所示的气体处理装置9100的反应效率不高，因而无法有效降低一氧化二氮排放浓度。因此，有必要寻求解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效能尾气处理设备。
本发明高效能尾气处理设备，适用于以甲烷处理一氧化二氮废气，并包含用于输送一氧化二氮废气的废气输气管、用于提供甲烷的甲烷输入管，以及加热部，所述加热部包括反应炉、贯穿所述反应炉底壁的预热管，及数根设于所述反应炉内且彼此角度相间隔地围绕所述预热管的垂直加热棒，所述废气输气管内的一氧化二氮废气与所述甲烷输入管内的甲烷混合后流入所述预热管预热，继而进入所述反应炉内被所述加热棒加热，以在大于850℃～950℃的预定温度下进行加热分解反应。
本发明高效能尾气处理设备，所述加热棒的数量为六根。
本发明高效能尾气处理设备，所述加热部还包括包覆于所述反应炉的围绕壁外表面的隔热单元。
本发明高效能尾气处理设备，所述隔热单元具有由内向外排列的空气层、陶瓷棉层，及水液层。
本发明高效能尾气处理设备，还包含介于前端制造设备及所述废气输气管间的入口部以及前段水洗部，来自所述前端制造设备的一氧化二氮废气由所述入口部进入，再流至所述前段水洗部水洗，继而流入所述废气输气管内。
本发明高效能尾气处理设备，还包含设置于所述加热部下游处的后段水洗部，其用于对加热分解反应后的产物进行水洗并使其降低温度。
本发明高效能尾气处理设备，还包含设置于所述加热部、所述前段水洗部及所述后段水洗部下方的水槽，其用于盛接所述前段水洗部及所述后段水洗部进行水洗时所产生的废液。
本发明高效能尾气处理设备，还包含设置于所述后段水洗部下游处的排气部，其用于使经所述后段水洗部水洗过后的气体与外界空气混合，以降低所述气体中各种成分的浓度。
本发明的有益效果在于：通过设置于反应炉内的数根加热棒对反应炉内进行加热，使得产生极高的温度，而使一氧化二氮废气与甲烷气体可在极高温环境下同步进行热分解与氧化还原反应，因而能高效能地降低一氧化二氮废气的浓度。
附图说明
图1是一设备配置图，说明一现有废气处理设备；
图2是一设备配置图，说明中国台湾第M528512号新型专利案；
图3是一示意图，说明本发明高效能尾气处理设备的实施例中气体的流动方向；
图4是一设备配置图，说明该实施例；
图5是一立体图，说明该实施例中该高效能尾气处理设备的加热部；及
图6是一剖面图，说明该加热部。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
参阅图3，本发明高效能尾气处理设备包含一个前段水洗部2、一个位于该前段水洗部2下游处的加热部3、一个位于该加热部3下游处的后段水洗部4，以及一个位于该前段水洗部2、该加热部3及该后段水洗部4下方的水槽82，且是适用于以甲烷处理来自该前段水洗部2的一氧化二氮废气(如代表气体流动方向的箭号所示)。
参阅图4，本发明高效能尾气处理设备的实施例包含一个入口部7、该前段水洗部2、一条废气输气管5、一条甲烷输入管6、该加热部3、该后段水洗部4、一个排气部81，及该水槽82。
该入口部7的进气口连通至一个前端制造设备(图未示)，且用于使来自该前端制造设备的一氧化二氮废气进入本发明高效能尾气处理设备。
该前段水洗部2的进气口与该入口部7的出气口相连通，且是利用湿式洗涤的方式，以清水冲洗去除该一氧化二氮废气中的粉尘、水溶性气体等成分。
接着，经过初步洗涤后的一氧化二氮废气离开该前段水洗部2并进入该废气输气管5。此时，甲烷气体由该甲烷输入管6进入而与该废气输气管5中的一氧化二氮废气混合后，流入该加热部3。
参阅图4、5、6，该加热部3包括一个反应炉31、一条贯穿该反应炉31的底壁311的预热管32、数根设于该反应炉31内且彼此角度相间隔地围绕该预热管32的垂直加热棒33，及一个隔热单元34。
该废气输气管5内的一氧化二氮废气与该甲烷输入管6内的甲烷混合后流入该加热部3的预热管32预热，继而进入该反应炉31内被所述加热棒33加热，于一个预定温度下进行加热分解反应，以破坏或氧化该一氧化二氮废气。在本实施例中，该预定温度大于850℃～950℃，且所述加热棒的数量可以为六根，但本发明不限于此。
该隔热单元34包覆于该反应炉31的围绕壁312外表面，且是以隔热套(InsulationJacket)形式提供隔热保温效果。在本实施例中，该隔热单元34具有由内向外排列的一个可保护该反应炉31的空气层341、一个陶瓷棉(Ceramic Wool)层342，及一个水液层343。
由于甲烷气体的自燃温度为约550℃，所以流入该反应炉31的甲烷气体会与空气进行燃烧反应而持续产生热能使该反应炉31内的温度持续升高，因而有助于反应炉31内的温度达到该一氧化二氮废气本身的裂解温度。接着，作为氧化剂的一氧化二氮气体与作为还原剂的甲烷气体进行氧化还原反应，其反应式如下所示：
4N2O+CH4→CO2+2H2O+4N2。
本实施例主要是通过设置于反应炉31内的六根加热棒33对反应炉31内进行加热，使得产生温度极高的该预定温度(大于850℃～950℃)，而使该一氧化二氮废气与甲烷气体同步进行热分解与氧化还原反应，以在极高温环境下打破分子键而分解成氮离子、氧离子，及氢离子。由于各种离子键间的结合强度不同，例如，氧离子与氢离子间的结合性强于氧离子与氮离子间的结合性，所以后续于降温后分子会进行重组，以高效能地降低该一氧化二氮废气的浓度。
该后段水洗部4设置于该加热部3下游处，并用于对加热分解反应后的产物进行再一次水洗并使其降低温度。
该排气部81设置于该后段水洗部4下游处，并用于使经该后段水洗部4水洗过后的气体与外界空气混合，以降低所述气体中各种成分的浓度。
该水槽82设置于该加热部3、该前段水洗部2以及该后段水洗部4下方，并用于盛接该前段水洗部2及该后段水洗部4进行湿式洗涤后所产生的废液。
在本实施例中，当对本发明高效能尾气处理设备进行反应效率测试后，测试结果为：当一氧化二氮的流量为5LPM(公升/分钟)且甲烷的流量为4LPM时，破坏去除效率(Destruction Removal Efficiency，DRE)为91％；而当一氧化二氮的流量为16LPM且甲烷的流量为3LPM时，DRE为92％。也就是说，本发明实施例中若将一氧化二氮的使用量控制在3～4LPM时，可获得最佳处理效率。此外，与前述中国台湾第M528512号新型专利公告案比较下，本发明与该现有新型专利公告案若使用的甲烷量相同，则本发明能处理的一氧化二氮的量是该新型专利公告案的四倍，所以本发明显然具有较高的反应效率，因而能较有效地降低一氧化二氮排放浓度。
综上所述，本发明通过设置于反应炉31内的数根加热棒33对反应炉31内进行加热，使得产生极高的温度(大于850℃～950℃)，而使一氧化二氮废气与甲烷气体可在极高温环境下同步进行热分解与氧化还原反应，因而能高效能地降低一氧化二氮废气的浓度，所以，确实能达成本发明的目的。

Claims (8)

1.一种高效能尾气处理设备，适用于以甲烷处理一氧化二氮废气，并包含用于输送一氧化二氮废气的废气输气管、用于提供甲烷的甲烷输入管，以及加热部，其特征在于，所述加热部包括反应炉、贯穿所述反应炉底壁的预热管，及数根设于所述反应炉内且彼此角度相间隔地围绕所述预热管的垂直加热棒，所述废气输气管内的一氧化二氮废气与所述甲烷输入管内的甲烷混合后流入所述预热管预热，继而进入所述反应炉内被所述加热棒加热，以在大于850℃～950℃的预定温度下进行加热分解反应。
2.根据权利要求1所述的高效能尾气处理设备，其特征在于：所述加热棒的数量为六根。
3.根据权利要求1所述的高效能尾气处理设备，其特征在于：所述加热部还包括包覆于所述反应炉的围绕壁外表面的隔热单元。
4.根据权利要求3所述的高效能尾气处理设备，其特征在于：所述隔热单元具有由内向外排列的空气层、陶瓷棉层，及水液层。
5.根据权利要求1所述的高效能尾气处理设备，其特征在于：还包含介于前端制造设备及所述废气输气管间的入口部以及前段水洗部，来自所述前端制造设备的一氧化二氮废气由所述入口部进入，再流至所述前段水洗部水洗，继而流入所述废气输气管内。
6.根据权利要求5所述的高效能尾气处理设备，其特征在于：还包含设置于所述加热部下游处的后段水洗部，其用于对加热分解反应后的产物进行水洗并使其降低温度。
7.根据权利要求6所述的高效能尾气处理设备，其特征在于：还包含设置于所述加热部、所述前段水洗部及所述后段水洗部下方的水槽，其用于盛接所述前段水洗部及所述后段水洗部进行水洗时所产生的废液。
8.根据权利要求6所述的高效能尾气处理设备，其特征在于：还包含设置于所述后段水洗部下游处的排气部，其用于使经所述后段水洗部水洗过后的气体与外界空气混合，以降低所述气体中各种成分的浓度。
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