CN116059806A - 一种利用SF6废气等离子体刻蚀SiO2的系统与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用SF6废气等离子体刻蚀SiO2的系统与方法。所述系统中的洗气室、稀释气体压缩室通过流量计和电磁阀与混气室相连，并与放电室相连，放电室分别又与S沉积室、缓冲气室连接，缓冲气室与与吸收室、收集气瓶(SiF4)及Ar稀释气体压缩室相连接。应用本发明可以首先对SF6废气进行初步洗涤，之后根据降解需求形成SF6/H2/稀释气体混合气体，在放电室中发生还原性降解反应并与SiO2发生刻蚀，生成S单质与SiF4气体，经缓冲气室实现杂质气体、SiF4、Ar的分离，实现S单质、SiF4高纯气体收集，以及稀释气体载气的循环利用，确保SF6废气高效、不可逆降解过程实现以及F元素分离后的二次利用。

Description

一种利用SF6废气等离子体刻蚀SiO2的系统与方法
技术领域
本发明属于六氟化硫废气的环保处理领域，尤其涉及基于低温等离子体的一种利用SF6废气等离子体刻蚀SiO2的系统与方法。
背景技术
六氟化硫(SF6)是一种化学性质稳定的人工合成气体，由于其优异的绝缘性能，被广泛应用于电力工业中，作为中高压电力设备最主要的绝缘气体之一。然而，SF6气体在915-950cm-1波段的光谱吸收特性导致了严重的温室效应。据测算，SF6的温室效应潜能值是CO2的23500倍，属于《京都议定书》规定的六大限制性气体中温室效应最强的。2015年以来，我国电力设备装机量已跃居全球第一，在我国新型电力系统建设的迫切需求下，亟需发展SF6无害化降解转化技术。
在我国，电力工业产生的SF6排放占总排放比重超过80％，回收提纯再利用与SF6无害化降解是两项主流的SF6废气减排技术。其中，SF6废气回收再利用是电网目前主流的运维技术，但是该项技术尚处于发展阶段，回收设备大多体积庞大，依托省级电力公司运行，难以覆盖地市级及其下属的偏远地区，且回收提纯的SF6气体再利用比例偏低，无法满足SF6废气多地域、不同体量与类型的处理需求。目前，已商用的SF6降解技术包括热降解、热催化与低温等离子体(NTP)降解三大类，其中热降解通过1100℃高温搭配碱性材料实现SF6燃烧分解，存在能效低、CO2排放大的问题；热催化通过添加催化剂降低反应温度，但相应降低处理速率；NTP降解通过放电等离子体在大气压下实现SF6分子碰撞分解，具有较高的工业化潜力，但是存在反应路径不可调控、毒害产物难以处理等问题。
对于SF6降解处理，已发表的学术论文“Disposal methods,health effects andemission regulations for sulfur hexafluoride and its by-products”中指出NTP降解技术是应对电力工业SF6废气处理最有效的降解技术。中国发明授权专利“一种基于滑动弧放电的六氟化硫降解处理装置及方法(CN113082952B)”、中国发明公开专利“一种基于低温等离子体的SF6循环降解装置与方法(CN114931848A)”等，均提出采用低温等离子体手段对SF6废气实现降解处理，分别提出了不同放电形式的降解处理方法、气体循环方案等，然而上述发明技术方案仍存在以下问题：
(1)为促进SF6发生不可逆分解，需要添加大量催化剂，其更换与预处理会增加材料、运维和人工成本，此外由于大量S-O、S-O-F类酸性毒害产物生成，需要进行多步尾气洗涤，对人员安全造成隐患。
(2)降解尾气中难以避免存在SFx(x<6)、S-O-F等气体产物，S、F元素分离并不彻底，且复杂产物混合物在尾气洗涤处理后难以有效得到分类再利用，不利于SF6降解后的产物经济化回收。
发明内容
本发明的目的在于改善和解决现有NTP技术在SF6废气降解处理领域的S-F分离不完善、降解产物二次利用困难的问题，将NTP高效降解SF6废气与SiO2刻蚀结合，通过H2还原性降解SF6，在实现S单质沉积的同时，形成HF与SiO2反应，将F元素以SiF4的形式固定，从而为高晶硅制备提供原料气，实现降解产物二次利用。该方法具有降解效率高、稳定性好、消耗载气少、S-F分离完全、产物高效二次利用等特点。
为了实现前述发明目的，本发明提供的一种基于低温等离子体的SF6废气降解及SiO2刻蚀反应系统，包括洗气室、混气室、放电室、缓冲气室、收集气瓶、S沉积室、吸收室、Ar压缩室、流量计、电磁阀以及SF6废气、H2纯气、稀释气体等部分组成，如图1所示。
洗气室、混气室、放电室、缓冲气室和收集气瓶依次连通，且往混气室内通入还原气体H2和稀释气体，且在洗气室和混气室之间的管道上、混气室和放电室之间的管道上均设置有流量计和电磁阀，其中，洗气室用于对SF6废气进行预处理，放电室内设置有接地极、高压驱动电源与低温等离子体反应器，且低温等离子体反应器中填充有SiO2颗粒，缓冲气室用于对稀释气体、SiF4以及其余杂质气体进行分离；
S沉积室与放电室连接，以沉积放电室中SF6/H2还原性降解产生的S单质固体粉末；
吸收室与缓冲气室连接，吸收室用于处理放电处理产生的杂质气体。
进一步地，还设置有SF6废气气源，所述洗气室包含一个进气口、一个出气口，进气口与SF6废气气源连通，出气口与混气室连通，且出气口与混气室之间的管道上设置有第一流量计和第一电磁阀。洗气室中设置SF6废气洗涤提纯所需要的固体、液体吸附材料，根据SF6废气类型与成分不同，处理材料包含但不限于碱性溶液/固体颗粒(NaOH、KOH、Ca(OH)2、NaHCO3等)、吸附剂颗粒(活性炭、活性氧化铝、KDHF-03等)，用于初步过滤SF6废气中CO、SO2、S-O-F、H2S等主要杂质气体。
进一步地，还包括稀释气体压缩室，用于往混气室内通入稀释气体，其中，稀释气体压缩室的两端分别连通混气室和缓冲气室以实现稀释气体的循环使用。
稀释气体压缩室和缓冲气室之间还设置有气泵。
进一步地，所述稀释气体可以为Ar、He和N2中任一种。
进一步地，混气室内设置有混气风扇。
进一步地，还包括H2标准气瓶，H2标准气瓶与混气室连通，且H2标准气瓶与混气室之间的管道上还设置有第三减压阀、第五流量计和第五电磁阀，且混气室与稀释气体压缩室连通，混气室与稀释气体压缩室之间的管道上设置有第三流量计和第三电磁阀。混气室接收洗气室洗涤处理后的SF6废气，并与H2、载气(稀释气体)进行混合，混合均匀后的SF6/H2/稀释气体通过第二流量计和第二电磁阀控制进入放电室中，其中SF6/H2配比根据处理需求控制在1:3～1:4之间，稀释气体为背景气体，用于稀释SF6和促进NTP放电的作用，不参与SF6放电分解反应，一般稀释比例不低于50％。
所述放电室为NTP产生的场所，低温等离子体反应器中采用介质阻挡放电或滑动弧放电或微波放电。包括放电反应器、接地极、高压驱动电源，反应器建议设置为竖直摆放的同轴圆柱型，上方为进气口连接第二电磁阀，下方为出气口连接缓冲气室，在放电室中形成的NTP区域促使SF6与H2发生还原反应，形成S单质与HF气体，稍过量的H2(SF6:H2>1:3)添加保证SF6充分还原，反应器底部直接连接S沉积室，通过水浴或风机吹扫降温，在沉积室中沉积放电室中反应器底部掉落的S单质。反应器内部填充SiO2颗粒，石英砂直径不超过70mm。根据SF6处理速率的要求，在小于<50g/h(理想状态SF6质量)需求下，采用介质阻挡放电(DBD)产生NTP，超过该处理速率，采用滑动弧放电或微波放电，此时放电室需加装散热风扇或其他散射装置。
进一步地，缓冲气室内设置依次连通的第一精馏塔和第二精馏塔，为可以温控的分离罐，分别连接放电室、收集气瓶、吸收室和稀释气体压缩室，稀释气体为Ar，根据沸点的明显差异，Ar(-185.8℃)、SiF4(-86℃)、SO2(-10℃)、SOF2(-43.8℃)、SO2F2(-55.4℃)，采用冷却分离方法，实现载气Ar、SiF4与杂质气的可靠分离，其中Ar分流至稀释气体压缩室中，SiF4分流至收集气瓶中，其他杂质气体分流至吸收室中进行吸附与反应。
进一步地，所述吸收室中设置饱和碱性溶液，洗涤吸收少量降解产生的S-O-F、S-O类酸性废气，最终形成金属硫化盐。
所述稀释气体压缩室为含有压缩气泵的密闭气体容器，用于收集来自于第一精馏塔分离的Ar气体，压缩后经第三流量计、第三电磁阀控制输入至混气室中，实现Ar的循环利用。
本发明还提供一种利用SF6废气等离子体刻蚀SiO2的方法，所述方法包括步骤：
S1、SF6废气预处理：所述洗气室中冲入SF6废气，内置碱性材料或吸附剂，对SF6废气进行洗涤、吸附处理，去除废气携带的杂质气体；
S2、SF6稀释混合与放电处理：往混气室通入SF6废气、H2、稀释气体三路气体，调整三路气体流速以实现按配比混合，其中SF6:H2控制在1:3～1:4之间，稀释气体稀释比不低于50％；混合后的气体通入放电室中，驱动高压电源形成NTP放电，对混合气体进行放电处理；
S3、放电后的产物分离与收集：SF6还原产生的S单质粉末落入S沉积室中收集；所述缓冲气室根据混合气体沸点区别，依次分离杂质气体进入吸收室、SiF4进入收集气瓶、稀释气体进去稀释气体压缩室中，实现杂质气体的碱性吸收、SiF4的封闭储存与稀释气体的压缩收集；
S4、稀释气体进气体循环利用：缓冲气室内的稀释气体回收存储至稀释气体压缩室，且稀释气体进压缩室中的稀释气体能够通入混气室中进行循环使用。
与现有技术相比，本发明至少能够实现以下有益效果：
(1)本发明可以对SF6废气实现预处理，去除CO、SO2、S-O-F类气体等常见杂质，有效抑制SF6还原性降解时杂质气体的产物。
(2)本发明可以实现SF6还原性降解，实现S-F的不可逆分离，形成S单质与HF气体，实现SF6彻底降解过程。
(3)本发明可以实现HF高效刻蚀SiO2过程，由于NTP高反应活性，SF6降解形成的HF及活性F自由基可以有效发生SiO2刻蚀反应，形成SiF4气体，实现F元素的定向转化与固定。
(4)本发明可以基于Ar、SiF4及少量杂质气沸点差异，实现SiF4高效提纯与收集。
(5)本发明提供了一种针对SF6废气可靠还原性降解与产物二次利用的系统与方法，凭借NTP技术，可以在实现S-F不可逆分离的同时，实现SiO2刻蚀，将S-F以S单质和SiF4形式固定，不需要额外添加催化剂，且所用的材料为低成本的石英砂，具有良好的经济性与工业化前景。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种利用SF6废气等离子体刻蚀SiO2的系统的流程图。
图2为本发明以DBD为NTP放电形式的实施例2的装置原理图。
图3为本发明实施例中的处理流程示意图。
图中：1、洗气室；2、第一流量计；3、第一电磁阀；4、混气室；5、第二流量计；6、第二电磁阀；7、放电室；8、第一精馏塔；9、第二精馏塔；10、收集气瓶；11、S沉积室；12、吸收室；13、稀释气体压缩室；14、第三流量计；15、第三电磁阀；16、SF6废气气源；17、稀释气体标准气瓶；18、H2标准气瓶；19、第四流量计；20、第二减压阀；21、第四电磁阀；22、第一减压阀；23、DBD放电反应器；24、第三减压阀；25、第五流量计；26、第五电磁阀；27、高压电源；28、气泵。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例一
本发明实施例提供的一种利用SF6废气等离子体刻蚀SiO2的处理装置，包括洗气室1、混气室4、放电室7、缓冲气室、收集气瓶10、S沉积室11、吸收室12、稀释气体压缩室13以及电磁阀、流量计等气路控制期间。
洗气室1一端用于与SF6废气气源相连，洗气室1内置碱性溶液/固体颗粒、吸附剂等任一种或多种材料用于对SF6废气进行预处理，洗气室1的另一端与第一流量计2相连，并通过第一电磁阀3连接至混气室4。
混气室4分别与第一电磁阀3、H2气源、第三电磁阀15相连，以分别接接收SF6废气、H2、稀释气体三路气体并进行混合，且混气室4的出口端与第二流量计5相连，将按比例配置的SF6/H2/Ar混合气体按指定流量经第二电磁阀6通入放电室7中。
放电室7内设置接地极、高压驱动电源与低温等离子体(NTP)反应器，低温等离子体(NTP)反应器中填充有石英砂颗粒SiO2，且放电室7的出口端分别与S沉积室11和第一精馏塔8相连，其中放电室7处于S沉积室11物理上方，用于沉积SF6/H2还原性降解产生的S单质固体粉末。
其中，缓冲气室包括第一精馏塔8和第二精馏塔9，第一精馏塔8和第二精馏塔9为可以温控的分离罐，第一精馏塔8包括有进口端、第一出气端和第二出气端，第一精馏塔8的进口端与放电室7连通，第一出气端与稀释气体压缩室13连通，第二出气端与第二精馏塔9连通，第二精馏塔9包括第三出气端和第四出气端，第三出气端与收集气瓶10连通，第四出气端与吸收室12连通。本实施例中的稀释气体为Ar，根据沸点的明显差异，Ar(-185.8℃)、SiF4(-86℃)、SO2(-10℃)、SOF2(-43.8℃)、SO2F2(-55.4℃)，采用冷却分离方法，实现载气Ar、SiF4与杂质气的可靠分离，其中Ar分流至稀释气体压缩室13中，SiF4分流至收集气瓶10中，其他杂质气体分流至吸收室12中进行吸附与反应。详细地，第一精馏塔8内设置冷凝降温装置，通过控制温度分离由放电室7输入的放电处理气体，Ar由于沸点低以气态处于第一精馏塔8顶部，分离后通入稀释气体压缩室13，其余气体以液态形式收集，再加热恢复气态后通入第二精馏塔9中，基于SiF4沸点明显低于SO2、SO2F2、H2S等酸性杂质气体的特点，在第二精馏塔9中降温实现气液分离，SiF4以气态形式在塔顶聚集，收集后通入收集气瓶10，剩余杂质气体以液态形式收集，加热恢复气态后通入吸收室12，吸收室中内置饱和碱性溶液，用于处理放电处理后产生的杂质气体副产物，主要为SO2、SO2F2、H2S等酸性气体，稀释气体压缩室13内置气泵，可以泵入第一精馏塔8分离后的稀释气体并实现压缩储存。压缩气压在1～3atm，超过1.5atm后即可进行循环使用，依次通过第三流量计14、第三电磁阀15控制，输入至混气室4中，此时根据稀释气体压缩室13中稀释气体气体含量与流速，考虑减小或关闭稀释气体气源。
其中，NTP放电形式根据SF6处理速率确定，在小于<50g/h(理想状态SF6质量)需求下，采用介质阻挡放电(DBD)产生NTP，超过该处理速率，采用滑动弧放电或微波放电，此时放电室7可以加装散热风扇或其他散射装置。反应器内部填充SiO2颗粒，石英砂直径不超过70mm。
实施例二
本发明首创提出通过NTP驱动SF6/H2放电分解，并实现SiO2刻蚀过程，示意图如图1所示，具体的处理过程如下所述：
(1)SF6废气提纯：将SF6废气通入洗气室1中，根据SF6废气的种类与含量组成，洗气室1内设置碱性材料吸收、吸附剂吸附等不同形式的材料对SF6废气进行洗涤，过滤掉SF6废气中常见的杂质气体，包括CO、CO2、SO2、SO2F2、H2S等。经洗涤后的SF6废气通过第一流量计2和第一电磁阀3控制，按设定流速输入混气室4中，其流速根据SF6处理速率需求和降解设备体量确定。
(2)SF6稀释与混气：在混气室4中，混合SF6、H2及稀释气体三路气体形成固定比例的SF6/H2/稀释气体的混合气体，其中H2可由标准气体气源提供，混气室4体积不低于10L，其内可设置混气风扇，以保证混气过程均匀。SF6与H2比例控制在1:3～1:4之间，确保H2足够还原SF6中S元素至0价态，但不至于过度还原至H2S，稀释气体的稀释率不低于50％。
本实施例中，混气室4内部可以配备风扇等匀流装置，保证SF6/H2/Ar均匀混合。
本实施例中，稀释气体为Ar，Ar作为稀释气体(载气)，来源包括Ar标准气体气源提供和循环后收集的稀释气体两部分。可以理解的是，在其他实施例中，可以采用其他类型的稀释气体，如He或N2。
(3)放电降解与刻蚀：在放电室7中，由高压电源驱动低温等离子体反应器形成低温等离子体放电，NTP反应器中填充石英砂颗粒(SiO2)，NTP反应器应竖置，混气室4产生的待处理气体由NTP反应器上端进入，经放电区域后由底端排出至缓冲气室中，放电室7底部与S沉积室11顶部相连，并处于其物理上方，使得SF6/H2/Ar放电产生的还原性S可以掉落至S沉积室11中以实现固体收集。需要注意的是，在实际应用中可以在放电室7末端进行尾气采样，确保SF6降解率超过99％，防止剩余未分解的SF6排出可能影响缓冲气室中的气体分离，其排出也会造成温室效应。
(4)SiF4分离：在缓冲气室中，根据处理后混合气体成分的沸点差异，稀释气体Ar(-185.8℃)、SiF4(-86℃)、SO2(-10℃)、SOF2(-43.8℃)、SO2F2(-55.4℃)，通过冷凝降温装置降温后实现载气Ar、SiF4以及其余杂质气体的分离，其中Ar导入稀释气体压缩室13中，SiF4导入收集气瓶10中，其余杂质气体导入吸收室12中，吸收室12内置碱性溶液或固体颗粒对杂质气体进行吸收，以金属硫化物形式回收。
(5)稀释气体循环：稀释气体作为背景气体，起到稀释SF6浓度和促进NTP放电的作用，其本身在放电室7中不发生反应，在缓冲气室中实现分离后被导入稀释气体压缩室13中进行压缩收集，之后依托第三流量计14和第三电磁阀15控制，按预设的流速补充至混气室4中，实现循环利用。
实施例三
为细化本发明的应用场景，以介质阻挡放电(DBD)为典型NTP产生方式，对本发明的具体应用进行详解，结构示意图如图2所示。
具体的系统包括气源、配气系统、DBD放电系统、气体分离与循环系统，其中气源包括SF6废气气源16、稀释气体标准气瓶17、H2标准气瓶18三个；配气系统包括洗气室1、混气室4以及相关气路设施，相关气路设施包括第一减压阀22、第一流量计3、第二流量计5、第二电磁阀6、第二减压阀20、第三减压阀24、第五流量计25、第五电磁阀26，SF6废气气源16通过废气管道与洗气室1连通，且废气管道上设置有第四流量计19、第四电磁阀21和第一减压阀22；稀释气体标准气瓶17通过气体管道与混气室4连通，且气体管道上设置有第二减压阀20；H2标准气瓶18通过氢气管道与混气室4连通，且第三减压阀24、第五流量计25和第五电磁阀26设置在氢气管道上。
放电室7为DBD放电系统，放电室7内设置低温等离子体反应器，低温等离子体反应器采用介质阻挡放电，则放电室7内设置有DBD放电反应器23和高压电源27两个部分，其中DBD反应器11是同轴双层圆柱形反应器，铜棒内电极连接高压电源27，外部缠绕不锈钢金属网为正电极，设置良好接地；在本实施例中，由于DBD反应器特性，将放电室与S沉积室集成一体，即DBD下层气隙部分为S沉积区，上层部分为SiO2反应区，即DBD等离子体放电区域，由石英棉/玻璃棉填充后支撑SiO2。高压电源27为交流电源控制(典型参数：放电电压10kV，放电频率10kHz，输入功率100～150W/反应器)。
即，DBD放电反应器为同轴双层圆柱形反应器，中心为铜棒内电极，其外部被内层陶瓷介质管包围(内层介质)，再外层为外层陶瓷介质管，内外两介质管之间气隙宽度为6mm，石英砂填充在内外两介质管之间，锈钢金属网缠绕在外层陶瓷介质管外侧，作为正电极，并设置良好接地。具体地，DBD放电反应器竖直放置，全长30cm，放电区域长20cm，放电区域上下分别设置2.5cm的缓冲区，填入石英棉/玻璃棉作为支撑材料，底部5cm区域为S沉积区。放电室与S沉积室直接集成在DBD放电反应器中，DBD放电后发生S单质还原可以直接在本反应器底部实现沉积，无需单独再设置S沉积室。
若放电室中采用滑动弧放电或微波放电时，低温等离子体放电反应器属于半开放式，由高压电源驱动从反应器一侧点火，生成的等离子体随气流喷出，属于半开放式，此时点火端位于管子顶部，气流向下喷射并伴随等离子体放电过程，石英砂填充至反应器中间部位，S沉积室11位于反应器物理下方，用于收集吹扫出的S单质。即等离子体气流产生后吹出反应器管路至开放环境中，因此低温等离子体放电反应器与S沉积室11设置为两个单独的装置/器件，其中S沉积室11设置在滑动弧或微波放电反应器物理后方/下方，用来接收NTP放电后还原产生并被气流吹扫出的S单质。
气体分类与循环系统包括第一精馏塔8、第二精馏塔9、收集气瓶10、吸收室12、气泵28、稀释气体压缩室13、第三流量计14、第三电磁阀15。收集气瓶10用于收集SiF4，吸收室12为碱液吸收池。
开始放点处理前，首先打开SF6废气气源16，通过第一减压阀22对气瓶出气加压至1个大气压附近，再通过第四流量计19和第四电磁阀21控制设定流量SF6废气进入洗气室1，依次往洗气室1内通入饱和Ca(OH)2溶液与KDHF-03吸附剂颗粒进行初步洗涤，SF6废气依次进入溶液和经过吸附剂中实现洗气过程，洗涤后的气体经第一流量计2和第一电磁阀3控制进入混气室4等待混合。
另外，分别打开H2标准气瓶18和稀释气体(Ar)标准气瓶17，通过第三减压阀24、第五流量计25控制H2气体流速，通过第二减压阀20、第三流量计14、第三电磁阀15控制Ar气体流速，两路气流均通入混气室4中，SF6/H2/Ar流速配比控制在1:3:4，SF6浓度配比控制在12.5％。在混气室4中内置风扇对内部气体混合进行吹扫，加速其均匀混合。
DBD放电反应器23工作前，在双层介质管中间填充适量SiO2石英砂，顶端与底端分别填充石英棉起到固定作用，DBD放电反应器23的放电区域长20cm，底部设置S沉积区作为S沉积室11，长10cm，通电前需检查DBD放电反应器外电极与HV高压电源27的可靠接地。在混气室4进行混合配气期间，提前开启HV高压电源27，使DBD放电反应器23中进行预放电，保持3-5min，确保DBD放电进入正常状态(电压、电流不产生明显波动，幅值变化<10％)，之后控制第二流量计5和第二电磁阀6使混气室4中气体进入DBD放电反应器23中进行放电处理。放电过程中观察S沉积区中S单质收集情况，一般建议3～5小时后停机清理收集一次，具体需根据SF6处理速率及反应器功率等参数来确定。
第一精馏塔8和第二精馏塔9为40L容积气罐，内置冷凝降温装置，可对放电处理后的废气进行冷凝提取，稀释气体为Ar，在第一精馏塔8中利用Ar低沸点提取Ar气体，由气泵28抽入稀释气体压缩室13中压缩储存。在第二精馏塔9中利用SiF4低沸点提取SiF4气体，通入收集气瓶10中储存，剩余杂质气体液化收集后，加热成气态进入碱液吸收池16中进行吸收反应。
稀释气体压缩室13中内置压力表，可以监控稀释气体(Ar)储存情况，在首次使用前需对稀释气体压缩室13内部抽真空或充满高纯稀释气体(Ar)，经第一精馏塔8分离的稀释气体(Ar)泵入释稀释气体压缩室13后导致内部压力上升，一般工作在1～3atm。在释气体压缩室13内部压力超过1.5atm后，即可通过释气体压缩室13给混气室4进行补气，控制第三流量计14和第三电磁阀15，将稀释气体压缩室13中的正压稀释气体(Ar)以设定流速(SF6稀释配比决定)通入混气室4中，参与下一循环放电处理。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明原理方法作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，例如更换低温等离子体放电形式、反应器几何尺寸、尾气吸收介质类型与吸收处理顺序、进样方式与混合配比等，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种利用SF6废气等离子体刻蚀SiO2的系统，其特征在于，包括洗气室(1)、混气室(4)、放电室(7)、缓冲气室、收集气瓶(10)、S沉积室(11)和吸收室(12)，
洗气室(1)、混气室(4)、放电室(7)、缓冲气室和收集气瓶(10)依次连通，且往混气室(4)内通入还原气体H2和稀释气体，且在洗气室(1)和混气室(4)之间的管道上、混气室(4)和放电室(7)之间的管道上均设置有流量计和电磁阀，其中，洗气室(1)用于对SF6废气进行预处理，放电室(7)内设置有接地极、高压驱动电源与低温等离子体反应器，且低温等离子体反应器中填充有SiO2颗粒，缓冲气室用于对稀释气体、SiF4以及其余杂质气体进行分离；
S沉积室(11)与放电室(7)连接，以沉积放电室(7)中SF6/H2还原性降解产生的S单质固体粉末；
吸收室(12)与缓冲气室连接，吸收室(12)用于处理放电处理产生的杂质气体。
2.根据权利要求1所述的一种利用SF6废气等离子体刻蚀SiO2的系统，其特征在于，洗气室(1)内放置有碱性溶液、碱性固体颗粒、吸附剂中的任一种或多种材料。
3.根据权利要求2所述的一种利用SF6废气等离子体刻蚀SiO2的系统，其特征在于，碱性材料的选择包括但不限于NaOH、KOH、Ca(OH)2和Na2CO3中的任一种，吸附剂的选择包括但不限于KDHF-03、活性炭和活性氧化铝中的任一种。
4.根据权利要求1所述的一种利用SF6废气等离子体刻蚀SiO2的系统，其特征在于，还包括稀释气体压缩室(13)，用于往混气室(4)内通入稀释气体，其中，稀释气体压缩室(13)的两端分别连通混气室(4)和缓冲气室以实现稀释气体的循环使用。
5.根据权利要求1所述的一种利用SF6废气等离子体刻蚀SiO2的系统，其特征在于，所述稀释气体可以为Ar、He和N2中任一种。
6.根据权利要求1所述的一种利用SF6废气等离子体刻蚀SiO2的系统，其特征在于，混气室(4)内设置有混气风扇。
7.根据权利要求1所述的一种利用SF6废气等离子体刻蚀SiO2的系统，其特征在于，缓冲气室内设置依次连通的第一精馏塔(8)和第二精馏塔(9)，第一精馏塔(8)的输入端与放电室(7)连通，输出端与稀释气体压缩室(13)和第二精馏塔(9)均连通，第二精馏塔(9)的输出端与收集气瓶(10)和吸收室(12)均连通。
8.根据权利要求1-7任一所述的一种利用SF6废气等离子体刻蚀SiO2的系统，其特征在于，放电室(7)的低温等离子体反应器中采用介质阻挡放电或滑动弧放电或微波放电。
9.根据权利要求8所述的一种利用SF6废气等离子体刻蚀SiO2的系统，其特征在于，当低温等离子体反应器采用介质阻挡放电时，定义此时的低温等离子体反应器为DBD放电反应器，DBD放电反应器包括放电区域和位于放电区域下方的沉积区域，放电区域包括内电极、包围在内电极外的内层陶瓷介质管、包围在陶瓷介质管外的外层陶瓷介质管、填充在内层陶瓷介质管和外层陶瓷介质管之间的石英砂和缠绕在外层陶瓷介质管外侧的金属网正电极，且内层陶瓷介质管和外层陶瓷介质管之间留有间隙。
10.一种利用SF6废气等离子体刻蚀SiO2的方法，其特征在于，采用权利要求1-9任一所述的系统，所述方法包括步骤：
S1、SF6废气预处理：所述洗气室(1)中冲入SF6废气，内置碱性材料或吸附剂，对SF6废气进行洗涤、吸附处理，去除废气携带的杂质气体；
S2、SF6稀释混合与放电处理：往混气室(4)通入SF6废气、H2、稀释气体三路气体，调整三路气体流速以实现按配比混合，其中SF6:H2控制在1:3～1:4之间，稀释气体稀释比不低于50％；混合后的气体通入放电室(7)中，驱动高压电源形成NTP放电，对混合气体进行放电处理；
S3、放电后的产物分离与收集：SF6还原产生的S单质粉末落入S沉积室(11)中收集；所述缓冲气室根据混合气体沸点区别，依次分离杂质气体进入吸收室(12)、SiF4进入收集气瓶(10)、稀释气体进去稀释气体压缩室(13)中，实现杂质气体的碱性吸收、SiF4的封闭储存与稀释气体的压缩收集；
S4、稀释气体进气体循环利用：缓冲气室内的稀释气体回收存储至稀释气体压缩室(13)，且稀释气体进压缩室(12)中的稀释气体能够通入混气室(4)中进行循环使用。
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