CN116801960A - 改进的湿式洗涤器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于气体减排的湿式洗涤器，包括：洗涤容器，所述洗涤容器限定腔室、用于供应待洗涤气体的气体入口和用于允许洗涤后的气体流出的气体出口；入口和出口彼此流体连通；一个或多个洗涤流体供应端口；湿式洗涤器包括连接到洗涤流体供应端口的至少一个分配元件，用于在腔室内部分配洗涤流体；其中，至少一个所述分配元件是分配板，所述分配板包括空腔和布置成允许洗涤流体从空腔流出的多个孔。

Description

改进的湿式洗涤器
技术领域
本发明涉及湿式洗涤器、用于分配洗涤溶液的设备、洗涤气体的方法以及设计湿式洗涤器的方法。更具体地，本发明涉及用于洗涤氨的湿式洗涤器。
背景技术
湿式洗涤器用于完全或部分去除气流的成分，例如污染物，使得洗涤后的气流可以释放到外部环境或引导到下游减排系统。例如，可以布置湿式洗涤器以从气流中洗涤氨。
通常，湿式洗涤器包括柱，气流被引导到柱中，同时逆流洗涤溶液朝向气流喷射，以与气流反应并从气流中去除成分。柱通常包含多个鲍尔环(pallring)或类似物形式的填料，并且洗涤溶液由多个喷嘴分配。
湿式洗涤器可以定位在例如真空泵的排气和减排系统之间，其中，氨和/或废气的另一成分必须从废气流中洗涤。
本发明人已经发现通常经由喷嘴分配洗涤溶液的已知湿式洗涤器具有许多缺点。
已知湿式洗涤器的第一个缺点在于，柱内填料的体积受限制，因为填料必须充分位于任何喷嘴下方以允许喷嘴有效地分配洗涤流体。因此，填料材料不能紧邻喷嘴。因此，湿式洗涤器的效率受到损害，因为填料材料的量受限制。因此必须增加柱的尺寸(高度和/或直径)，或者必须招致更大的操作成本，或者如果要改进洗涤效率则必须使用热交换器或类似物。通常，湿式洗涤器的总体尺寸受其预期用途和/或位置的限制。
已知湿式洗涤器的另一个缺点在于，由于至少部分由柱内的喷嘴产生的回弹喷流或喷雾，它们通常需要旋风分离器或涡流机构，以将流体朝向出口或排放口引导。因此，湿式洗涤器的尺寸必须足够大以容纳这样的机构，同时允许足够的空间用于填料材料和上述喷嘴下方的顶部空间(head space)。旋风分离器或涡流机构也增加了操作成本。
已知湿式洗涤器的另一个缺点在于，它们的柱必须具有圆形轴向横截面，以便通过所述喷嘴提供洗涤流体的均匀分配。在具有非圆形轴向横截面的柱中效率将受到损害。
已知湿式洗涤器的又一个问题是残留物(carryover)，即，气体出口中的不希望颗粒的积聚。当气流随后被引导至下游减排系统时，这尤其麻烦。例如，在氨减排中，如果在减少残留物的情况下不首先将氨去除或降低到可接受的水平，则一氧化二氮的积聚可能会不利地影响下游减排系统的效率。
因此，需要改进湿式洗涤器的性能，特别是在不增加湿式洗涤器的尺寸或其操作成本的情况下。
本发明旨在解决现有技术的这些和其它问题。
发明内容
因此，在第一方面，本发明提供一种用于气体减排的湿式洗涤器，包括：洗涤容器，所述洗涤容器限定腔室、用于供应待洗涤气体的气体入口和用于允许洗涤后的气体流出的气体出口，入口和出口彼此流体连通；一个或多个洗涤流体供应端口；湿式洗涤器包括至少第一和第二分配元件，每个连接到洗涤流体供应端口，用于在腔室内部分配洗涤流体；其中，第一分配元件布置成在腔室内部分配原始洗涤流体；并且第二分配元件布置成在腔室内部分配再循环洗涤流体。
如本文所使用的那样，术语“原始洗涤流体”是指之前未使用的(例如，未用于洗涤的)新鲜洗涤流体。
如本文所使用的那样，术语“再循环洗涤流体”是指最初作为原始(即，之前未使用的)洗涤流体进入洗涤容器并随后经由分配元件被捕获并在洗涤容器内重新分配的洗涤流体，所述分配元件布置成分配再循环洗涤流体。
提供根据第一方面的湿式洗涤器改进了湿式洗涤器的性能，因为待洗涤气体与原始(即，之前未使用的)洗涤流体以及再循环洗涤流体两者都接触。因此改进了待洗涤气体的污染物的输出浓度。在不显著增加操作成本(例如提供更大体积的原始洗涤流体的成本)的情况下实现改进的性能。此外，在无需增加湿式洗涤器的尺寸的情况下实现改进的性能。
第二分配元件可以流体地位于第一分配元件和气体入口之间。因此，待洗涤气体首先与再循环洗涤流体或原始和再循环洗涤流体的混合物接触，随后仅与原始洗涤流体接触。湿式洗涤器可以布置成使得洗涤流体与待洗涤气体逆流流动，待洗涤气体在使用中总体上从气体入口流向气体出口。布置湿式洗涤器使得洗涤流体与待洗涤气体逆流流动改进了洗涤。在实施例中，湿式洗涤器是基本竖直延伸的柱并且第一分配元件在柱内定位成高于第二分配元件。
分配元件中的至少一个可以包括分配板。分配板可包括空腔和布置成允许洗涤流体从空腔流出的多个孔。优选地，第二分配元件包括分配板。在实施例中，第一和第二分配元件均可包括分配板。在实施例中，湿式洗涤器包括多于两个分配元件并且每个分配元件包括分配板。
洗涤容器可以是基本竖直延伸的柱，并且第二分配元件可以基本位于洗涤容器的下半部分中，优选地基本位于洗涤容器的最下部三分之一中。在实施例中，第一分配元件基本朝向洗涤容器的上端定位。
湿式洗涤器可包括一个或多个泵，所述泵配置成将再循环洗涤流体提供给布置成分配再循环洗涤流体的分配元件。湿式洗涤器还可以包括用于收集要再循环洗涤流体的储存器。因为洗涤流体在一次通过后可能未被成分(例如氨)饱和，所以再循环洗涤流体可减少洗涤过程所需的原始洗涤流体的体积。洗涤流体可能仅再循环至一定浓度，其中，污染物的分压等于来自再循环洗涤流体中的污染物的溶解浓度的该污染物的蒸气压力。
在实施例中，所述或每个分配板的孔可跨过所述分配板的底表面基本均匀地间隔开。
洗涤容器可以包含填料材料，并且填料材料可以与至少一个分配板基本邻接。如本文所使用的那样，术语“邻接”是指填料材料和分配板彼此接触或彼此紧邻。在实施例中，湿式洗涤器包括作为分配板的第一和第二分配元件，并且两个分配板都与填料材料基本邻接。在实施例中，至少一个所述分配板被布置成使得它搁置在洗涤容器内的填料材料的顶部上。换句话说，至少一个分配板由填料材料支撑。在实施例中，湿式洗涤器可包括位于分配板和填料材料之间的基本未占用空间。这种空间可以设置在填料材料和分配板的顶表面和/或底表面之间。在实施例中，基本未占用空间可以设置在分配板的底表面和填料材料之间，以便洗涤流体可以从分配板流出并落到填料材料上。湿式洗涤器可包括用于将分配板可释放地或永久地固定到洗涤容器的内壁的装置。例如，洗涤容器可包括侵入物或支座，例如支撑边缘，分配板在使用中搁置在其上。支撑边缘可基本围绕洗涤容器的内壁的整个周边延伸。备选地，支撑边缘可包括间隔或间隙。
在另一方面，本发明提供一种用于气体减排的湿式洗涤器，包括：洗涤容器，所述洗涤容器限定腔室、用于供应待洗涤气体的气体入口和用于允许洗涤后的气体流出的气体出口；入口和出口彼此流体连通；一个或多个洗涤流体供应端口；湿式洗涤器包括连接到洗涤流体供应端口的至少一个分配元件，用于在腔室内部分配洗涤流体；其中，至少一个所述分配元件是分配板，所述分配板包括空腔和布置成允许洗涤流体从空腔流出的多个孔。
提供根据另一方面的湿式洗涤器改进了湿式洗涤器的性能。特别地，与仅包括喷嘴的湿式洗涤器相比，提供分配板可以改进洗涤容器的腔室内的洗涤流体的分配。分配板可能产生比典型喷嘴更少的反弹喷雾。因此，可能不需要旋风分离器或涡流机构来管理容器内的流体流动。通常，喷嘴下方需要顶部空间以允许洗涤流体有效分配。分配板下方可能不需要顶部空间。因此，湿式洗涤器的尺寸可以被最小化并且填料材料的体积(如果存在的话)可以在腔室内被最大化以改进湿式洗涤器的性能而不增加操作成本。
分配板可以布置成在洗涤容器的腔室内分配原始或再循环洗涤流体。
湿式洗涤器可包括多个分配元件。在实施例中，湿式洗涤器可包括第一分配元件和第二分配元件，第一分配元件包括一个或多个喷嘴，第二分配元件包括分配板。
优选地，湿式洗涤器可包括第一和第二分配元件，其中，第一和第二分配元件是分配板。
提供第一和第二分配板进一步改进了湿式洗涤器的性能，因为湿式洗涤器的尺寸可以最小化并且填料材料的体积(如果存在的话)可以在腔室内最大化。
第一分配板可以布置成在腔室内部分配原始洗涤流体，并且第二分配板可以布置成在腔室内部分配再循环洗涤流体。在实施例中，第一和第二分配板可以布置成在腔室内部分配原始洗涤流体。
通常，布置成分配再循环洗涤流体的第二分配板流体地位于第一分配板和湿式洗涤器的气体入口之间。
所述或每个分配板的孔可以跨过所述分配板的底表面基本均匀地间隔开。因此，在使用中，洗涤流体在腔室内更均匀地分配。
洗涤容器可包括填料材料，其中，填料材料与至少一个分配板基本邻接。在实施例中，可以在填料材料和分配板之间提供基本未占用空间。
在湿式洗涤器包括作为分配板的第一和第二分配元件并且洗涤容器包括填料材料时，优选地两个分配板都可以与填料材料基本邻接。
湿式洗涤器可以布置成使得洗涤流体与待洗涤气体逆流流动，待洗涤气体在使用中总体上从气体入口流向气体出口。洗涤容器可以是基本竖直延伸的柱，其中，第一分配板朝向洗涤容器的上端定位并且第二分配板基本位于洗涤容器的下半部分中，优选地最下部三分之一。在实施例中，布置成分配再循环洗涤流体的分配板基本位于洗涤容器的下半部分中，优选地位于洗涤容器的最下部三分之一中。已经发现将再循环分配板定位在柱的下半部分中改进了湿式洗涤器的性能。还发现将再循环分配板定位在柱的上半部分中可能会降低湿式洗涤器的性能。
湿式洗涤器可包括多个分配元件，其中，多个所述分配元件是分配板。在实施例中，湿式洗涤器可包括多个分配元件，其中，至少一个所述分配元件是喷嘴并且分配元件中的一个或多个是分配板。
在一些实施例中，喷嘴朝向洗涤容器的顶端定位，并且一个、任选两个或任选多于两个分配板布置在所述喷嘴下方以与填料材料一起形成多级填充塔。
在实施例中，至少一个分配元件可以配置成将不同的洗涤流体分配到至少一个其它分配元件以提供对供应至湿式洗涤器的气体的多级处理。在实施例中，每个分配元件可以配置成分配与每个其它分配元件不同的洗涤流体。例如，湿式洗涤器可包括三个分配元件：第一分配元件可以布置成分配含酸性和/或氧化剂的溶液；第二分配元件可以布置成分配含苛性碱和/或还原剂的溶液，例如氢氧化钠；第三分配元件可以布置成分配水。
通常，在任何或所有上述方面中，分配板包括顶表面、底表面和在顶表面和底表面之间延伸并限定空腔的周向壁。分配板的顶表面和底表面通常基本垂直于洗涤容器的纵向轴线。换句话说，分配板的顶表面和底表面通常基本延伸跨过由洗涤容器限定的腔室的直径。通常，分配板包括布置成与洗涤流体供应端口流体连通的导管。通常，导管位于分配板的周向壁处。
在任何或所有上述方面中，所述或每个分配板可包括与洗涤容器的内壁邻接的周向壁。备选地，可以在分配板的周向壁和洗涤容器的内壁之间提供空间。
在任何或所有上述方面中，原始洗涤流体可包括水。水可以是自来水或去离子水。在待洗涤气体为酸性的实施例中，水优选为自来水。在任何或所有上述方面中，原始洗涤流体可包括酸性或碱性流体，和/或可包括还原剂或氧化剂，或其混合物。在待洗涤气体包括氨的实施例中，洗涤流体可包括硫酸。在实施例中，原始洗涤流体可包括例如氢氧化钠或氢氧化钾，或过氧化物，或其混合物。原始洗涤流体可包括水和添加剂以减少水消耗并最大化洗涤效率。
在任何或所有上述方面的实施例中，洗涤容器的填料材料可包含多个鲍尔环。
在任何或所有上述方面的实施例中，湿式洗涤器可以没有布置成在腔室内产生旋风、涡流或类似物的装置。
在任何或所有上述方面的实施例中，洗涤容器包括高度为2米或更小、优选为1500mm或更小、更优选为约910mm或更小的柱，并且第二分配元件位于距柱底部125mm和450mm之间的高度处，优选距柱底部125mm和358mm之间，更优选距柱底部约250mm，更优选距柱底部253mm。在备选实施例中，柱具有约756mm的高度并且第二分配元件位于距柱底部125mm和450mm之间的高度处，优选地距柱底部125mm和358mm之间，更优选地距柱底部约250mm，更优选距柱底部253mm。例如，半导体制造系统下方的“次级工厂(sub fab)”布置包括湿式洗涤器，包括具有高度为2米或更小的柱的洗涤容器。
在任何或所有上述方面的实施例中，柱具有约125mm的外直径和约115mm的内直径。
在任何或所有上述方面的实施例中，所述或每个分配板包括具有约50mm的高度和约115mm的直径的圆柱体。
在任何或所有上述方面的实施例中，原始洗涤流体在约1℃和约30℃之间的温度下供应至湿式洗涤器。优选地，洗涤流体在1℃和约10℃之间的温度下供应至湿式洗涤器。通常，湿式洗涤器的洗涤效率随着洗涤流体的温度被最小化而改进。
在任何或所有上述方面的实施例中，再循环洗涤流体在比进入洗涤容器的原始洗涤流体的温度更低(即，更冷)或一直到比进入洗涤容器的原始洗涤流体的温度热约6℃的温度下供应至湿式洗涤器。
在任何或所有上述方面的实施例中，原始洗涤流体在约7℃和约8℃之间的温度和约0.8Bar和约1Bar之间的压力下供应至第一分配元件。在实施例中，再循环洗涤流体在约9℃的温度下供应至第二分配元件。
在任何或所有上述方面的实施例中，原始洗涤流体以约0.5升/分钟至约10升/分钟之间的流率供应至湿式洗涤器。
在任何或所有上述方面的实施例中，再循环洗涤流体以约50升/小时至约300升/小时之间的流率供应至湿式洗涤器。
在实施例中，所述或每个分配板的孔具有足以允许选定流率的洗涤流体有效地离开分配板的直径。
在任何或所有上述方面的实施例中，分配板的孔的直径可以基本相等。在其它实施例中，分配板的孔的直径可以基本不相等。
在任何或所有上述方面的实施例中，湿式洗涤器可以是氨湿式洗涤器，其配置成去除或减少待洗涤气体中的氨的量。在实施例中，湿式洗涤器是预洗涤器并且位于真空泵和下游减排系统之间以减少进入下游减排系统的氨的量，并因此减少下游减排系统中形成的一氧化二氮的量。
在任何或所有上述方面的实施例中，湿式洗涤器适于从气流中洗涤氨，并且氨以约2升/分钟(lpm)和约40升/分钟之间的流率供应至湿式洗涤器。在实施例中，氨在约0lpm和约1200lpm之间的稀释氮中供应至湿式洗涤器。在实施例中，氨以约50lpm和约200lpm之间供应至湿式洗涤器。在实施例中，氨在约150lpm的稀释氮中供应至湿式洗涤器。
在任何或所有上述方面的实施例中，湿式洗涤器可被配置成(从废气流)去除或减少与外延生长相关的衬底，例如外延硅生长，或其它硅或硅相关衬底。与外延硅生长相关的废气流通常可能含有大量氢，以及其它潜在有毒成分，例如二氯硅烷(SiCl2H2)、三氯硅烷(SiCl3H)和/或氯化氢(HCl)。
在实施例中，湿式洗涤器可配置成从过程气体中去除或减少二氯硅烷(SiCl2H2)、三氯硅烷(SiCl3H)和/或氯化氢(HCl)的量。
在实施例中，湿式洗涤器可配置成从过程气体中去除或减少具有以下组成SiCl(x)H(4-x)的成分的量，其中x＝1至3。
如本文所使用的那样，术语“外延生长”是指晶体层或膜在衬底上的生长。
在实施例中，湿式洗涤器可以是预洗涤器。
在另一方面，本发明提供一种气体减排系统，包括根据任何或所有上述方面的湿式洗涤器。气体减排系统还可包括气体减排单元。气体减排系统还可以包括一个或多个泵，所述泵适于促进待减排气体流入或流过气体减排系统。在实施例中，气体减排系统可适于从气流中减排氨。
在另一方面，本发明提供一种用于湿式洗涤器的分配板，该分配板包括顶表面、底表面和连接顶表面和底表面并限定空腔的周向壁；周向壁包括布置成与湿式洗涤器的洗涤流体供应端口流体连通的导管；分配板还包括在顶表面和底表面之间延伸的一个或多个通道；其中，所述或每个通道布置成在使用中允许流体从顶表面穿过其中流向底表面，反之亦然；底表面包括布置成允许洗涤流体从空腔流出的多个孔。
因此，洗涤流体可从空腔通过孔流入湿式洗涤器的腔室中。单独地，流体，例如从气体入口流向气体出口的气体或来自上游分配元件的洗涤流体，可以沿任一方向(即，从顶部到底部或反之亦然)流动通过分配板的所述或每个通道。
在实施例中，分配板布置成在湿式洗涤器的洗涤容器内分配再循环洗涤流体，并且可以位于不同的分配元件下方。在这些实施例中，所述或每个通道被配置成允许流体从分配板的顶表面流向底表面，并且气体从分配板的底表面流向顶表面，即，流向气体出口，没有任一种流体能够进入空腔。因此，在实施例中，分配板可以布置成分配再循环洗涤流体而不需要改变现有湿式洗涤器的配置。换句话说，分配板可以在湿式洗涤器内改装。例如，分配板可以安装在减排系统的填充塔内，其中，填充塔在燃烧单元的下游。
所述或每个通道可以由分隔壁界定，该分隔壁配置成将所述通道与空腔隔开。因此，在使用中，空腔不与所述或每个通道流体连通。
分配板可具有基本圆形的轴向横截面。备选地，分配板可具有基本非圆形的轴向横截面。分配板可具有轴向横截面，其形状对应于湿式洗涤器的洗涤容器的腔室的轴向横截面。
分配板可包括多个通道。分配板可包括两个、三个、四个或五个通道。分配板可以包括多于五个通道。所述或每个通道可具有基本圆形的轴向横截面。
所述或每个通道的直径可根据特定用途的预期流体流率来配置。所述或每个通道通常应当具有避免压力下降或通道堵塞的直径，同时足够小以使得分配板的大部分底表面可用于包括孔以改进洗涤流体的分配。
多个孔可跨过分配板的底表面基本均匀地间隔开。因此，洗涤流体可以在洗涤容器内更均匀地分配。
分配板的直径和/或深度可根据特定用途的预期流体流率来配置。
在实施例中，分配板可以包括具有大约50mm的高度和大约115mm的直径的圆柱体。分配板可包括五个通道，每个通道具有大约18mm的直径。分配板的周向壁的导管可具有3/8”的隔板，在使用中洗涤流体被供应通过隔板。底表面处的多个孔中的每一个可具有大约1.2mm的直径。在实施例中，底表面可以包括约50个和约300个之间的孔。例如，底表面可以包括约80个和约90个之间的孔，例如88个孔。
在实施例中，分配板可包括用于捕获洗涤流体的装置，洗涤流体在使用中流到分配板的顶表面上。分配板可以布置成重新分配捕获的洗涤流体。在实施例中，分配板可以布置成分配再循环洗涤流体，并且分配板可位于湿式洗涤器内另一分配元件下方。在这些实施例中，布置成分配再循环洗涤流体的分配板可包括用于捕获从其上方的分配元件流出的洗涤流体的装置。分配板可以被配置成使得捕获的洗涤流体被允许进入空腔以经由分配板的底表面的多个孔分配。
在备选实施例中，分配板可以布置成促进从湿式洗涤器中去除捕获的洗涤流体。例如，分配板可连接到排放口以排放流到分配板的顶表面上的洗涤流体。在实施例中，由分配板分配的洗涤流体可配置为仅在洗涤容器的预定部分内洗涤。在这些实施例中，可以布置另一分配板以捕获从上游分配流出的洗涤流体并将捕获的洗涤流体从湿式洗涤器中去除。湿式洗涤器可以布置成将捕获的洗涤流体输送到洗涤或减排系统的不同部分。
在实施例中，分配板包括一个或多个文丘里洗涤器或类似物。文丘里洗涤器包括会聚和发散的气体流动通道，并且洗涤流体被喷射到文丘里洗涤器的喉管(throat)中。洗涤流体在喉管中被湍流雾化，从而改进气液接触。然后，气液混合物在移动经过洗涤器的发散部分时减速，导致附加的颗粒-液滴撞击和液滴的团聚。这有助于可溶性气体洗涤以及可能悬浮在气相中的任何颗粒。
文丘里洗涤器最小化或防止水遗留物，水遗留物否则对任何后续减排过程都是有害的。水遗留物也可能导致洗涤或减排系统内的堵塞。在实施例中，分配板的通道中的一个或多个包括文丘里洗涤器。在实施例中，分配板包括五个通道，至少一个通道，优选每个通道，包括文丘里洗涤器。文丘里洗涤器的喉管直径取决于适合分配板所位于的湿式洗涤器的用途的压降。在实施例中，文丘里洗涤器的最佳液气比约为10gal/1000ft3。例如，当150升/分钟的气体在包括五个通道的分配板的通道之间基本均匀地拆分时，每个文丘里洗涤器需要约0.04升/分钟的洗涤流体，其中，分配板的每个通道包括文丘里洗涤器。
在实施例中，分配板包括一个或多个文丘里洗涤器。分配板可以包括代替延伸穿过其中的通道的所述或每个文丘里洗涤器。在实施例中，分配板包括位于分配板的顶表面和底表面之间的五个文丘里洗涤器。
在另一方面，本发明提供一种洗涤气体的方法，包括以下步骤：
a)将待洗涤气体引导到湿式洗涤器中；
b)当气体从气体入口通向湿式洗涤器的气体出口时，用原始洗涤流体和再循环洗涤流体处理气体。
待洗涤气体可首先与再循环洗涤流体或再循环和原始洗涤流体的混合物接触，随后当气体从气体入口通向湿式洗涤器的气体出口时仅与原始洗涤流体接触。
在实施例中，通过实现最佳气体捕获同时最小化蒸气压力来确定进入分配元件的洗涤流体的流率。
在另一方面，本发明提供一种设计湿式洗涤器的方法，该湿式洗涤器具有：限定腔室、气体入口和气体出口的洗涤容器；一个或多个洗涤流体供应端口和一个或多个洗涤流体分配元件，其中，至少一个所述分配元件是分配板，分配板被布置成在腔室内部分配再循环洗涤流体，该方法包括以下步骤：
a.确定洗涤容器、气体入口、气体出口和洗涤流体供应端口的配置和尺寸；
b.确定进入气体入口的待洗涤气体的内容物和流率；
c.确定通过所述一个或多个分配元件的洗涤流体的内容物和流率；和
d.将所述或每个分配板布置在洗涤容器内，使得待从气体中洗涤的污染物的输出浓度基本最小化。
在实施例中，分配板的最佳位置取决于流入湿式洗涤器的洗涤流体的温度。在实施例中，第一分配板被布置成分配原始洗涤流体并且第二分配板被布置成分配再循环洗涤流体。通常，如果再循环洗涤流体温度相对于原始洗涤流体温度升高，则再循环洗涤流体从气体中去除更少量的污染物。这是因为污染物蒸气压力在较高温度下较大。因此，通常，当再循环洗涤流体的温度高于进入湿式洗涤器的原始洗涤流体的温度时，布置成分配再循环洗涤流体的分配板的最佳位置在洗涤容器内较低。
为避免疑义，上文中描述的所有方面都可以在必要修改后进行组合。
附图说明
现在将参考附图通过示例的方式描述本发明的优选特征，其中：
图1显示了湿式洗涤器的剖视图。
图2显示了湿式洗涤器的横截面图。
图3显示了包括分配板的湿式洗涤器的一部分的截面图。
图4图示第一示例的再循环水流率。
图5图示另一个示例的最佳分配板位置。
图6图示另一个示例的最佳分配板位置。
图7图示另一个示例的增加新鲜水和再循环水温度的影响。
图8独立于另一个示例图示新鲜水和再循环水的温度变化的影响。
图9图示另一个示例的最佳分配板位置相对于再循环水温度，其中新鲜水处于7℃。
图10图示另一个示例中的氨浓度输出。
图11图示另一个示例的新鲜水流率的影响。
图12在另一个示例中图示在有和没有再循环水的情况下氨输出浓度相对于氨流率的影响。
图13在另一个示例中图示改变两个不同直径的洗涤容器中流率的影响。
图14图示在另一个示例的湿式洗涤器中仅使用新鲜水和仅使用再循环水时分配板位置的影响。
图15图示在另一个示例的湿式洗涤器中一起使用新鲜水和再循环水的影响。
图16图示在另一个示例的湿式洗涤器中一起使用新鲜水和再循环水的影响。
图17图示另一个示例的布置成分配再循环洗涤流体的分配板的最佳位置。
图18图示文丘里洗涤器的喉管直径。
具体实施方式
图1显示了根据本发明的湿式洗涤器1的剖视图。作为气体减排过程的一部分，湿式洗涤器1被布置成从气流中洗涤进入气流的一种或多种成分。例如，湿式洗涤器1可配置为从进入气流中洗涤氨。
湿式洗涤器1包括限定腔室的洗涤容器2。洗涤容器2是向上延伸的圆柱体，具有顶端3、底端4和周向壁5。洗涤容器2是包含多个鲍尔环22的填充洗涤容器，鲍尔环增加了腔室的总表面面积。
湿式洗涤器1还包括气体入口6和气体出口7。气体入口6被配置为将待洗涤气体供应至腔室中。一旦气体已经被处理，气体出口7被配置为允许洗涤后的气体从腔室中离开。气体入口6和气体出口7彼此流体连通并且与洗涤容器2的腔室流体连通。
气体入口6朝向洗涤容器2的底端4定位，其中待洗涤气体将在腔室内大体向上朝向气体出口7行进。气体出口7位于洗涤容器2的顶端3处。
湿式洗涤器1还包括两个洗涤流体供应端口8、9。洗涤流体供应端口8、9将洗涤流体(例如水)提供到洗涤容器2的腔室中。在图1的实施例中，第一供应端口8被配置为将新鲜的、未使用的洗涤流体供应至洗涤容器2。第二供应端口9被配置为将再循环洗涤流体供应至洗涤容器2。湿式洗涤器1还包括位于洗涤容器2下方的储存器12，其布置成收集洗涤流体。
湿式洗涤器1还包括第一和第二分配元件10、11。分配元件10、11是分配板。第一分配板10朝向洗涤容器2的顶端3定位。第二分配板11位于洗涤容器2的下半部分中，并且大约位于洗涤容器2的最下部三分之一中。
每个分配板10、11布置成允许流体流动跨过所述分配板。换句话说，流体可以在气体入口6和气体出口7之间流动，跨过每个分配板。在使用中，气体跨过第一和第二分配板10、11流向气体出口7。来自第一分配板10的洗涤流体跨过第二分配板11流向储存器12。分配板10、11在下文更详细描述。
第一分配板10被配置为分配经由第一洗涤流体供应端口8供应的新鲜未使用的水。因此，在使用中，新鲜水通过第一分配板10从洗涤容器2的顶端分配。第二分配板11被配置为分配已经通过洗涤容器2并收集在储存器12中的再循环水。再循环洗涤流体经由第二洗涤流体供应端口9被供应至第二分配板11。
参考图2，湿式洗涤器1包括泵23，用于使收集在储存器12中的水再循环并将水供应至第二分配板11。湿式洗涤器1还包括用于控制再循环到洗涤容器2内的洗涤流体的温度的热交换器。
每个分配板10、11与洗涤容器2内的填料材料接触。第一分配板10的底表面与填料材料接触。第二分配板11的顶表面和底表面与填料材料接触。因此，第二分配板11基本由洗涤容器2内的填料材料界定。
返回参考图1，显示了在使用期间流体进入湿式洗涤器1和在湿式洗涤器1内的总体流动。气流经由气体入口6供应至湿式洗涤器1。在图1的实施例中，气体入口6布置成将气体供应至湿式洗涤器1的容纳储存器12的区域中。洗涤流体，第一分配板10处的新鲜水和第二分配板11处的再循环水的形式，被强制进入洗涤容器2。在使用中，洗涤流体从每个分配板10、11流出并向下流动通过填料材料22。分配板10、11和填料材料22的配置提供了洗涤容器2内洗涤流体的基本均匀分配。洗涤流体因此与待洗涤气体逆流流动，待洗涤气体总体上从气体入口6向上流向气体出口7。因此，气体在流动跨过第二分配板11之前与再循环水和/或再循环和新鲜水的混合物接触。一旦气体经过第二分配板11，气体随后仅与新鲜水接触并流向第一分配板10和流向气体出口7。
储存器12包括排放口21，排放口21配置为允许洗涤流体离开湿式洗涤器1。在使用期间，洗涤流体被供应并在洗涤容器2内再循环，并且洗涤流体最终变得被待洗涤气体的成分饱和并从湿式洗涤器1中排放。
在图1的实施例中，洗涤容器的高度为大约910mm。湿式洗涤器1被配置为从进入气流中洗涤氨。当提供以下条件时，第二分配板11最佳地位于距离洗涤容器2的底部约253mm处：经由气体入口6供应14升/分钟的氨在150升/分钟的稀释氮中；120升/小时大约7℃的新鲜水供应至第一分配板10；并且150升/小时大约9℃的再循环水供应至第二分配板11。洗涤容器2包括在第一和第二分配板之间的大约557mm的填料，以及在第二分配板下方的大约258mm的填料。如果再循环水的温度相对于由第一分配板10供应的新鲜水而言更高，则第二分配板11的最佳位置将更低。在该实施例中，与没有供应再循环水的第二分配板11的湿式洗涤器1相比，第二分配板10将氨气输出浓度从大约300ppm减少到小于150ppm。
本发明人发现，以下变量不会导致第二分配板的最佳位置发生变化：总柱高；进入第一分配板的新鲜水流率；氨流率；和稀释氮流率。本发明人还发现，以下变量确实会导致第二分配板的最佳位置发生变化：第二分配板相对于从第一分配板流出的新鲜水温度的温度；和柱直径。
附加地或备选地，湿式洗涤器可以被配置成从过程气体去除或减少与外延硅生长相关的一种或多种化合物的量，例如二氯硅烷(SiCl2H2)、三氯硅烷(SiCl3H)和/或氯化氢(HCl)。
图3显示了包括分配板10的湿式洗涤器1的一部分的截面图。显示了洗涤容器2和气体出口7的一部分。
洗涤容器2是基本圆柱形的。气体出口7形成为基本圆柱形的管道，其远离洗涤容器竖直延伸。
分配板10包括顶表面13、底表面14和在顶表面13和底表面14之间延伸以限定空腔16的周向壁15。分配板10包括布置成与洗涤容器2的流体供应端口8流体连通的导管17。分配板10安装在洗涤容器2内，使得在分配板10的周向壁与洗涤容器2的内表面之间基本没有间隙。
分配板10还包括多个孔18，所述孔跨过底表面14基本均匀地间隔开并且布置成允许洗涤流体从空腔流出。
分配板还包括多个通道19，其在顶板面13和底表面14之间延伸并且布置成允许流体从中通过。每个通道19具有基本圆柱形的轴向横截面。每个通道19包括将通道与空腔16隔开的分隔壁20。因此，洗涤流体不能从空腔流入通道，并且在使用中流向气体出口7的气体不能进入空腔16。
分配板10具有的高度足以允许空腔应对从洗涤流体供应端口8进入空腔16的洗涤流体的流率。在图3的实施例中，分配板具有大约50mm的高度和大约115mm的直径。分配板10包括五个通道19，每个具有大约18mm的直径。通道19跨过分配板10的直径均匀分配。空腔16经由流体供应端口8处的3/8"隔板水供应连接供应洗涤流体。分配板10的每个孔18的直径大约1.2mm。在图3的实施例中，分配板10的底表面14包括88个孔，所述孔跨过底表面14相对均匀地间隔开。
洗涤容器2填充有与分配板10邻接的鲍尔环22。
湿式洗涤器1可用于燃烧器下游的减排系统的湿侧。
湿式洗涤器1和每个分配板包括聚丙烯。
示例
示例1–水残留物
本发明人已经发现，与仅包括喷嘴的已知湿式洗涤器相比，根据本发明的湿式洗涤器中存在明显更少的水残留物。表1中显示了湿式洗涤器中的水残留物，包括i)根据已知湿式洗涤器的喷嘴，和ii)布置成分配再循环洗涤流体的第二分配板。
表1
表1显示，如果使用布置成分配再循环洗涤流体的分配板，则可能不需要旋风分离器机构。因此，通过不需要旋风分离器而节省的洗涤容器的体积可以允许洗涤容器内的附加填料材料，从而增加具有相同体积的洗涤容器内的洗涤能力。表1中的理论水蒸气使用Antoine方程提供。
第一分配板具有减少水残留物的优点，因此在本发明的实施例中不需要旋风分离器。然而，如果旋风分离器的尺寸合适，并且具有高气体速度，则它们可能能够去除气相中夹带的颗粒。旋风分离器的较高入口速度增加效率，并允许去除较小尺寸的颗粒。最佳入口速度被确定为约9米/秒。已经发现旋风分离器的效率在入口速度为17米/秒时可能会下降，并且压降将从9米/秒显著增加到17米/秒。在这个尺寸下，旋风分离器将能够装配在分配板的通道内。因此，可以在不损害湿式洗涤器内的空间的情况下实现附加功能。此外，如果使用非常高的气体流率，则可存在水残留物的可能。在这种情况下，在分配板的通道内添加一个或多个旋风分离器可以允许减少水残留物而不增加空间需求。
示例2–分配再循环水的分配板
在如上所述的湿式洗涤器中，新鲜水在7至8℃和0.8至1巴下供应至朝向洗涤容器的顶端定位的第一分配板。
除非另有说明，否则满足以下条件：洗涤容器柱高度为910mm；柱内直径为115mm；填料包括16mm聚丙烯鲍尔环；填料高度为810mm；14lpm的氨供应；150lpm的稀释氮供应；第一分配板处的新鲜水流率为120lph；新鲜水温度为7℃；第二分配板处的再循环水流率为150lph；再循环水温度为9℃。
水排放到湿式洗涤器的底部处的储存器中。这种水含有溶解的氨。一些水被收集并泵送并且在流动通过第二分配板之前通过热交换器，所述第二分配板被布置成在洗涤容器的下半部分中分配再循环洗涤流体。再循环水在进入填充洗涤容器时处于9℃。
洗涤容器的下半部分中的第二分配板允许从第一分配板下来的水通过第二分配板的通道，然后与第二分配板下方的再循环水混合。通道足够大以避免高压降或堵塞，并且足够小以使得分配板表面的大部分包括用于均匀分配洗涤流体的孔。
第二分配板的位置对于湿式洗涤器的性能很重要，再循环洗涤流体进入第二分配板的流率也是如此。如果第二分配板在洗涤容器内定位太低，则再循环水在使用中流过较少的填料材料，因此进行洗涤的时间较少。如果第二分配板在洗涤容器内定位太高，则第二分配板上方的填料材料会减少，并且从第一分配板流出的新鲜水具有较小的填料体积，从而降低性能。此外，如果第二分配板在洗涤容器内定位太高，则再循环水中的氨蒸气压力将高于柱仅供应新鲜水时同一点处的氨浓度。
再循环水流率不应过高，以免发生溢流。其应当足够高，以便有大的气液接触面积。柱的下半部分中的液体是从第一分配板流出的较低浓度“新鲜”水和从第二分配板流出的更浓缩再循环水的混合物。因此，再循环流率越高，洗涤容器的下半部分中的液体混合物的浓度越大，因此蒸气压力越高。
因此，必须在考虑气体捕获和蒸气压力的情况下确定最佳流率。
在该示例中，洗涤容器的柱具有125mm的外直径和115mm的内直径，以及910mm的高度。第一和第二分配板各具有50mm的高度。因此，当两个分配板都安装时，填料材料具有810mm的总高度。
在第二分配板安装在距洗涤容器的底部125mm处的情况下，性能随着再循环水流率的增加而增加。观察到的改进稳定平台为约150升/小时。结果如图4所示。
示例3a-再循环分配板的位置
第二分配板在距洗涤容器的底部的一定范围的位置中进行了测试。分配板在距高度为910mm的洗涤容器的底部128mm、253mm、378mm和435mm处进行了测试。这分别在第二分配板上方和第一分配板下方留下682mm、557mm、432mm和357mm的填料。进入湿式洗涤器的氨和稀释氮的流率分别为14lpm和150lpm；120lph的约7℃的新鲜水被供应至位于洗涤容器的顶端处的第一分配板，150lph的约9℃的再循环水被供应至位于其不同位置处的第二分配板。结果如图5所示。
在测试的位置中，第二分配板的最佳位置是距洗涤容器的底部253mm。
示例3b-再循环分配板的位置相对于柱和分配板的高度。
如图6所示，如果洗涤容器的高度从910mm降低到756mm，则第二分配板的最佳位置保持相同。
本发明人还发现，如果分配板的高度小于50mm，则最佳位置将是相同的，从而允许将更多的填料材料放置在洗涤容器内。
当第二分配板安装在距洗涤容器柱的底部125mm至358mm之间的位置时，氨的输出浓度从300ppm降低到小于150ppm。改进导致下游减排系统中减少的一氧化二氮形成，而无需增加新鲜水流率、增加洗涤容器的高度、降低洗涤水的温度、增加柱直径或减少稀释氮。
示例5-温度
由第二分配板供应的再循环水的温度相对于由第一分配板供应的新鲜水的温度的变化导致第二分配板的最佳位置的变化。
如果再循环水温度相对于新鲜水温度升高，则由第二分配板供应的再循环水从气相中去除更少量的氨。这是因为氨蒸气压力在较高温度下较高。因此，当再循环水温度相对于新鲜水温度升高时，第二分配板的最佳位置在柱中较低。湿式洗涤器的性能也会随着再循环水温度的升高而降低。
如果新鲜水和再循环水两者的温度都升高，添加第二分配板的改进仍然存在，因为新鲜水和再循环水两者都将受到相同温度升高的相同影响，如图8和9所示。
图7示出了如下条件：第二分配板高度距洗涤柱的底部253mm；柱高度为820mm；新鲜水流率为120lph；再循环水流率为150lph；内柱直径为115mm；氨流率为14lpm。
当新鲜水和再循环水两者的温度都升高7℃时，相对于单独使用处于较高温度的新鲜水仍有大约50％的改进。
再循环水的温度可能受以下因素影响：新鲜水的温度；溶解氨的溶液焓；柱内水蒸气的热蒸发；当水从排放箱中泵送时来自于泵的热量；热交换器的存在及其条件；或环境空气条件。
图9中所示的每个曲线的最大点指示在从第一分配板流出的新鲜水温度为温度为7℃时对于4℃、10℃、15.5℃和21.1℃的温度而言第二分配板距洗涤容器的底部的最佳位置。图9显示最佳位置会随着温度升高而略微降低。
返回参考图8，如果再循环水温度相对于新鲜水温度增加得太高，则与单独使用新鲜水洗涤相比将没有改进。图8涉及洗涤柱具有830mm的总高度且第二分配板定位距柱的底部378mm。
示例6-新鲜水
图10显示，如果新鲜水供应至第一和第二分配板两者，相对于将新鲜水供应至第一分配板和将再循环水供应至第二分配板有一些改进。这是因为如果向两个分配板供应新鲜水，则蒸汽压力较低。然而，如果新鲜水流率不受限制，本发明人发现，向单个分配板供应更高流率更好，而不是跨过两个板拆分，因为新鲜水然后可以流过更大的填料体积并实现更大的洗涤速率。
示例7-流率
降低新鲜水流率同时保持再循环水流率恒定的影响如图11所示。条件如下：新鲜水温度为8℃；再循环水温度为10℃；柱高度为910mm；柱的内直径为115mm。
添加经由第二分配板供应的再循环水允许降低新鲜水流率，同时保持性能。
图12显示了在上述条件下并且第二分配板安装在上述最佳位置处的情况下在2lpm和14lpm之间的氨流率的性能改进。
示例8-柱直径
图13显示了测试125mm和160mm直径柱的结果，两者都具有910mm的高度，再循环分配板距柱的底部253mm处。较大直径的柱显示出一些改进。
示例9-随着柱中位置的变化，再循环和新鲜分配的比较。
图14显示了与新鲜水如何随着其沿柱向上的高度(itsheightup the column)增加而进行洗涤相比柱的再循环部分如何随着其沿柱向上的高度增加而进行洗涤。这假设再循环分配板上方没有新鲜水。高于620mm，再循环水比新鲜水表现更差。在400mm和620mm之间，通过添加分配再循环水的第二分配板将存在非常小的改进。低于450mm，再循环水和新鲜水之间存在最大的差异。因此，第二分配板的最佳位置是距柱的底部一直到450mm的一些位置。
图14还显示，如果再循环水的温度升高，则图14中的“再循环”线将会更高，因为蒸汽压力更高。在较低的板位置处，新鲜水洗涤和再循环水洗涤之间将存在较小的差异，并且对于较高的温度，最佳位置将在柱内较低。
如果改变氨或氮流率，图14的两条线将类似地向上或向下移动，因此最佳位置在这些条件下不会发生实质性变化。
示例10-新鲜和再循环水的协同影响
图15显示了仅使用新鲜水从柱的底部到顶部的氨浓度。其还显示了氨的浓度，第二分配板从130mm和500mm之间的位置分配再循环水，标记为位置8、7和6。位置8、7和6分别代表距柱的底部125mm、253mm和378mm。
从每个位置8、7和6处的浓度来看，虚线显示了第二分配板上方的新鲜水高度如何能够进一步降低氨浓度。图16显示了柱的顶部和将氨输出降低至100ppm将需要的高度。在第二分配板位于位置7的情况下，实现100ppm需要最小高度，因此可以通过计算假定为最佳位置。
使用这种方法，可以计算整个高度范围。这在图17中显示。Y轴表示从实现100ppm所需的理论高度减去柱中的剩余高度。因此，值越高，位置越好。它显示距柱的底部200mm为最佳理论位置。计算和测量位置之间的差异归因于两种流率混合的点处的混合和流量分配的变化，以及温度变化等。
示例11-文丘里洗涤器
图18显示了文丘里洗涤器的喉管直径如何取决于适合过程和气体流率的压降。文丘里洗涤器的最佳液气比为大约10gal/1000ft3。在实施例中，150升/分钟的气体在五个路径之间拆分，每个文丘里洗涤器喉管将需要0.04升/分钟的洗涤器水。
附图标记
1湿式洗涤器
2洗涤容器
3洗涤容器的顶端
4洗涤容器的底端
5洗涤容器的周向壁
6气体入口
7气体出口
8第一洗涤流体供应端口
9第二洗涤流体供应端口
10第一分配板
11第二分配板
12储存器
13分配板的顶表面
14分配板的底表面
15分配板的周向壁
16空腔
17导管
18孔
19通道
20分隔壁
21排放口
22鲍尔环
23泵

Claims (15)

1.一种用于气体减排的湿式洗涤器，包括：洗涤容器，所述洗涤容器限定腔室、用于供应待洗涤气体的气体入口和用于允许洗涤后的气体流出的气体出口，入口和出口彼此流体连通；
一个或多个洗涤流体供应端口；
湿式洗涤器包括至少第一和第二分配元件，每个连接到洗涤流体供应端口，用于在腔室内部分配洗涤流体；
其中，第一分配元件布置成在腔室内部分配原始洗涤流体；
并且第二分配元件布置成在腔室内部分配再循环洗涤流体。
2.根据权利要求1所述的湿式洗涤器，其中，第二分配元件流体地位于第一分配元件和气体入口之间。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的湿式洗涤器，其中，至少一个分配元件包括分配板，所述分配板包括空腔和布置成允许洗涤流体从空腔流出的多个孔。
4.根据任一项前述权利要求所述的湿式洗涤器，其中，洗涤容器是基本竖直延伸的柱；并且第二分配元件基本位于洗涤容器的下半部分中。
5.根据任一项前述权利要求所述的湿式洗涤器，其中，洗涤容器是基本竖直延伸的柱；并且第二分配元件基本位于洗涤容器的最下部三分之一中。
6.一种用于气体减排的湿式洗涤器，包括：洗涤容器，所述洗涤容器限定腔室、用于供应待洗涤气体的气体入口和用于允许洗涤后的气体流出的气体出口；入口和出口彼此流体连通；
一个或多个洗涤流体供应端口；
湿式洗涤器包括连接到洗涤流体供应端口的至少一个分配元件，用于在腔室内部分配洗涤流体；
其中，至少一个所述分配元件是分配板，所述分配板包括空腔和布置成允许洗涤流体从空腔流出的多个孔。
7.根据权利要求6所述的湿式洗涤器，包括第一和第二分配元件，其中，第一和第二分配元件是分配板。
8.根据权利要求6或权利要求7所述的湿式洗涤器，其中，所述或每个分配板的孔跨过所述分配板的底表面基本均匀地间隔开。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的湿式洗涤器，其中，洗涤容器包括填料材料；且填料材料与至少一个分配板基本邻接；优选地，填料材料与每个分配板基本邻接。
10.一种用于湿式洗涤器的分配板，该分配板包括顶表面、底表面和连接顶表面和底表面并限定空腔的周向壁；
周向壁包括布置成与湿式洗涤器的洗涤流体供应端口流体连通的导管；
分配板还包括在顶表面和底表面之间延伸的一个或多个通道；其中，所述或每个通道布置成在使用中允许流体从顶表面穿过其中流向底表面，反之亦然；
底表面包括布置成允许洗涤流体从空腔流出的多个孔。
11.根据权利要求10所述的分配板，其中，所述或每个通道由分隔壁界定，该分隔壁配置成将所述通道与空腔隔开。
12.根据权利要求10或权利要求11所述的分配板，其中，至少一个所述分配板包括文丘里洗涤器。
13.一种洗涤气体的方法，包括以下步骤：
a)将待洗涤气体引导到湿式洗涤器中；
b)当气体从气体入口通向湿式洗涤器的气体出口时，用原始洗涤流体和再循环洗涤流体处理气体。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，待洗涤气体首先与再循环洗涤流体或再循环和原始洗涤流体的混合物接触，随后当气体从气体入口通向湿式洗涤器的气体出口时仅与原始洗涤流体接触。
15.一种设计湿式洗涤器的方法，该湿式洗涤器具有：限定腔室、气体入口和气体出口的洗涤容器；一个或多个洗涤流体供应端口和一个或多个洗涤流体分配元件，其中，至少一个所述分配元件是分配板，分配板被布置成在腔室内部分配再循环洗涤流体，该方法包括以下步骤：
a.确定洗涤容器、气体入口、气体出口和洗涤流体供应端口的配置和尺寸；
b.确定进入气体入口的待洗涤气体的内容物和流率；
c.确定通过所述一个或多个分配元件的洗涤流体的内容物和流率；和
d.将所述或每个分配板布置在洗涤容器内，使得待从气体中洗涤的污染物的输出浓度最小化。
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