CN1302222A - 工业废气净化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种工业废气净化方法,该方法是将工业废气输入一个带有反应室的废气净化系统和将反应室排出的反应产物再输入带有附属洗涤剂循环系统的洗涤室或吸附室中进行后处理。它的特征是在上述的废气进入废气净化系统1之前,持续地测量工业废气中的有害物质的种类和数量;在上述系统1的出口端同时直接测定废气净化系统1排出的反应产物中有害物质的种类和数量并应用测量信号直接调整废气净化系统1的操作参数。

Description

工业废气净化方法
本发明涉及一种工业废气净化方法，该方法是将工业废气输入一个带有反应室的废气净化系统和将反应室排出的反应产物再输入带有附属洗涤剂循环系统的洗涤室或吸附室中进行后处理。
目前技术上已知有多种不同类型的净化方法可用作为工业废气的净化，其中主要是应用热作用的废气净化方法。
例如已知有一种净化方法是，工业废气在一个反应室中燃烧/氧化或热分解。该方法藉助一种由燃气和氧气产生的火焰和随后将反应室排出的废气输入一个洗涤室或吸附室中，在此用一种吸附剂除去废气中固体的和/或可溶的组分。作为燃气，举例来说可有氢气或天然气。最后将已除去有害的或有毒组分的净化废气通过一种气动技术设备排到大气中去。
用这种已知类型的净化方法可净化工业废气，特别是对从CVD和/或腐蚀过程和容器净化过程排出的富含有害组分的废气净化，使其避免由于有害物质或可能有毒的物质对环境造成危害。这种类型的净化方法特别适合于净化用化学方法的CVD--低压过程(LP-CVD)生产半导体材料的设备中排出的工业废气，或者将生产过程产生的废气转化成无害物质，所述材料是用于生产微电子元件的。
这种类型的废气净化方法例如可见EP0347753B1，根据这种方法，工业废气在反应室有过剩氧的情况下燃烧，随后废气经过一个洗涤室或吸附室输入气动技术设备中。例如在DE19501914C1中说明了根据前述工业废气净化方法的废气净化设备的结构。该设备包括一个安装在外部管道内的燃烧室，在其中安装了一个火焰方向向下的燃烧器和一个安装在燃烧室上部的吸附室。燃烧室排出的废气在外部的管道中向上导入吸附室，再穿过过滤器和经过气动技术设备排到大气中。为了充分润湿穿过吸附室流动的废气和可靠地除去固体反应产物，与废气流动方向逆向喷射吸附剂，例如水。此处举例来说，也可与废气流动方向逆向圆锥形地喷射吸附剂。固体反应产物沿外部管道的内壁向下冲走并导入到一个吸附剂回收处理设备中。
从一个CVD低压设备中排出的工业废气可以含有例如不同氧化程度和浓度的SiH4、PH3和N2O，还有油蒸汽和灰尘(SiO2)。它在具有过剩氧的氢氧烧嘴产生的火焰中燃烧。如不用氢氧烧嘴，可优选氢气/氧气混合气的内混合燃烧器作为喷嘴，当然也可应用天然气或液化天然气工作的燃烧器。
很容易理解，由于环保要求和成本原因，有必要尽可能少使用燃气和附加氧气。但是，当然要保证将导入反应室的工业废气的全部有毒组分完全地转化成无害物质。
为了保证达到这一要求，有必要知道工业废气的准确成分，这样才有可能确定所需的燃气量和附加氧量。此外为了保证最佳地燃烧，有必要进行持续的测量。
根据本发明的方法优选任何一种废气处理方法对工业废气进行热处理。该方法当然也可以与其它废气净化方法结合起来使用。
当工业废气仅来自一个过程，在这种情况下，一般来说工业废气的成分是已知的。通常可以根据经验数值或化学计算知道方法参数。因为要保证必须全部除去工业废气中的有害组分，因此不论应用何种净化方法，测得的方法操作参数要有余量，例如过剩氧和导入的燃气量，或其它的方法参数要很宽裕。
但是工业废气依次或同时从不同的生产过程排出或要净化的工业废气的成分有严重的变化时，它会对必要的方法操作参数的测定带来很大的困难。由此导致巨大的花费，这样明显地提高了废气净化方法的费用。
本发明的目的是创造一种工业废气净化的方法，用该方法有效地消除现有技术方法中的缺点。
本发明提出的任务是通过本文导言提到的一种方法解决的，它在工业废气进入废气净化系统之前，直接连续测量工业废气中有害物质的种类和含量；同时在废气净化系统的出口管旁直接连续测量有害物质的种类和含量和应用测量信号直接调整废气净化系统的操作参数。
本发明优选藉助第一检测器和第二检测器测量选定的有害物质含量。例如在第一检测器和第二检测器中分析全氟化碳C2F6、CF4、C4F8中的一种成分含量和氧含量，在第二检测器中还要附加分析HF含量。
如果根据工业废气中的有害物质的含量来调整操作参数，这是很有益的。
本发明的另一个发展的特征是通过第一检测器至少分析一种有害物质成分时，按照有关燃气量、氧分量(一般是过剩氧)、洗涤剂循环系统的洗涤剂用量和洗涤剂pH值的经验数值预先调整废气净化系统的操作参数。特别是通过一个自我学习系统在比较已知废气种类和有害物质浓度的基础上进行操作参数的预调整。它的优越性在于使废气净化系统持续地达到最高效率和最佳的基本状态，由此可以缩短向废气净化系统的输入时间。
本发明的又一个发展是用第二检测器的分析值调整操作参数，这样可控制废气净化系统出口管旁的废气浓度使其降到最低值。
特别要调整操作参数，使有害物质浓度降低到接近测量阈值。
本发明还有一个发展的特征是在对人体和设备无损害和在不接触废气的情况下获得测量信号。这具有特别的优越性，因为这使得待净化的工业废气中的腐蚀性特别强的组分能够不影响测量结果和测量设备。
本发明优选通过分光光度计获得测量信号。
本发明的又一个发展是在第二检测器测得的HF浓度增高时，将提高洗涤剂的pH值和/或它的用量。
反之通过第二检测器测得可燃的/可氧化的或可热分解的有害物质的浓度增高时，将提高燃气量和/或输入的氧气量。
本发明的另一个成功的发展是用安装在设备内的计算机以第一检测器和第二检测器的测量结果为基础同步计算有害物质的种类和数量；用入口端和出口端的有害物质的含量持续地控制废气净化系统的操作参数，此时在考虑了输入工业废气的数量的情况下调整操作参数。
根据本发明方法的特殊优点是燃气的消耗量最少和能保证长时间稳定地排放残余物质。这样能省去通常所需的一些监测装置。同时也能延长维修间隔时间，因为在燃烧器中不可避免地会产生沉淀，但它能自动地调整操作参数的变化。此外本发明的废气净化方法能保证浓度大的测量范围，因此在整个工作领域中只需要唯一的测量设备。
本发明的测量方法也适用于设备组。此外持续地记录着导入废气净化系统的有害物质。因此有可能对前面的半导体生产过程进行监督。
根据本发明的方法还有一个特殊的优点是，能应用于使用各种废气净化方法的废气净化设备中。根据本发明的净化方法不仅不局限于某种废气种类和废气净化方法，而且也适用于非热作用的废气净化方法。区别只在于各自控制不同的废气净化设备的操作参数。
在下述的实施例和附图中将进一步说明本发明的净化方法。
废气净化设备1的工作原则是在一个火焰中进行热分解或氧化，随后洗涤反应产物。在该设备中清除CVD半导体生产设备的净化容器过程中所排出的废气中的有害物质。在净化容器过程中应用了C2F6和O2。从净化容器过程排出的工业废气除了含有原料和清洗真空泵的氮气外，还含有反应产物，如CF4和C4F8。
工业废气被导入废气净化设备1中，在进口管5的旁边有一个第一检测器2，它分析工业废气的种类和数量。测量方法是使用气相-分频-红外线-分光计，其中对用氮气冲洗的红外线-测量段的材料选择要特别注意，因为有些废气组分有非常强的腐蚀性。
在废气净化系统1的出口管6的旁边，安装了一个第二检测器3，它的功能和方法与第一检测器2类似。
在废气净化系统1的入口管5的旁边的第一检测器2分析上述废气的一种或多种成分，从而通过一个连接的计算机4，根据废气的种类和废气中各种组分的浓度对废气净化系统1有关燃气量、氧分量(一般是过剩氧量)、洗涤剂循环系统中的洗涤剂用量和洗涤剂的pH值等方面进行预调整。在净化废气管6的旁边除了全氟化碳C2F6、CF4和C4F8外，还检测HF。
在全氟化碳于火焰中转化时其中有HF生成。举例来说当出口管6旁的第二检测器3测得的HF浓度大于1ppm时，净化系统就会提高洗涤剂的pH值和/或洗涤剂循环量。反之也可降低它们的数值。在使用全氟化碳方法时，同样也是如此。这就是说，当净化废气管6中，它的浓度太高时，系统将提高燃气用量和/或氧量(与废气种类有关)，反之则降低它们的用量。通过这种方法，使废气净化系统1的介质消耗持续地保持最佳状态。这样降低了运转费用和达到最佳的净化废气效果。
因为所应用的软件是自我学习的软件，在比较废气的种类和浓度后，应用已知的最佳操作条件作为废气净化系统1预调整的基础。由此可以持续地保持最佳的基本调整和缩短废气净化系统1的输入时间。
在C2F6转化时，除了生成上述的气体外，当然还要生成其它的反应产物。在计算时同样要考虑这些成分。在有很多气体组分的情况下，计算和对废气净化系统1的操作条件的影响当然就变得很复杂，因为它们之间的关系是很复杂的。因此有意义地选择了上述各种组分，因为：
C2F6：该气体是输入的反应气体中浓度最高的；
CF4：它是化学性能最稳定的全氟化碳；
C4H8：它具有强的毒性；
HF：该气体是全氟化碳在火焰中转化时大量生成的。
全氟化碳的转化主要受燃气参数的影响，而酸性气体组分(HF)的去除由洗涤剂参数决定。
废气净化方法有关符号表1：废气净化系统2：第一检测器3：第二检测器4：计算机5：入口管6：净化废气出口管

Claims (13)

1．一种工业废气净化方法，该方法是将废气输入带有反应室的废气净化系统(1)，随后将反应室排出的反应产物在带有附属的洗涤剂循环系统的洗涤室或吸附室中进行后处理，其特征在于，在工业废气进入废气净化系统(1)之前，事先直接持续地测量工业废气中选定的有害物质的种类和数量；同时在废气净化系统(1)出口管旁，直接持续地测量废气净化系统(1)排出的反应产物中选定的有害物质的种类和数量并应用测量信号直接调整废气净化系统(1)的操作参数。
2．按照权利要求1的废气净化方法，其特征在于藉助第一检测器和第二检测器(2,3)根据选定的有害物质测定废气中的有害物质的含量。
3．按照权利要求2的废气净化方法，其特征在于，在第一检测器和第二检测器(2,3)中至少检测有害物质中的一种组分和在第二检测器(3)中附加检测HF。
4．按照权利要1-3的任一废气净化方法，其特征在于，根据工业废气中的有害物质数量控制净化系统的操作参数。
5．按照权利要求4的废气净化方法，其特征在于，通过第一检测器(2)至少分析有害物质中的一种气体成分，再根据有关燃气量、氧分量(一般是过剩氧)、洗涤剂循环系统的洗涤剂用量和洗涤剂的pH值的经验值，事先对废气净化系统(1)的操作参数进行预调整。
6．按照权利要求5的废气净化方法，其特征在于，在比较测定出的有害物质的种类和浓度的基础上，通过自我学习系统事先进行操作参数的预调整。
7．按照权利要求1-6的任一废气净化方法，其特征在于，通过第二检测器(3)的测量数值调整废气净化系统(1)的操作参数，把废气净化系统(1)的出口管旁的有害物质浓度控制到最低值。
8．按照权利要求1-7的任一废气净化方法，其特征在于，在对人体和设备无损害和对废气不接触的情况下取得测量信号。
9．按照权利要求8的废气净化方法，其特征在于，通过分光光度计获得测量信号。
10．按照权利要求6-9的任一废气净化方法，其特征在于，在通过第二检测器(3)测得的HF浓度增高时，提高洗涤剂pH值和/或洗涤剂的用量。
11．按照权利要求6-9的任一废气净化方法，其特征在于，通过第二检测器(3)测得有害物质的浓度增高时，提高燃气量和/或输入的氧量。
12．按照权利要求1-11的任一废气净化方法，其特征在于，在第一检测器和第二检测器测量结果的基础上，用装在设备内部的计算机(4)同步计算出有害物质的种类和数量，并按照用进口端和出口端测得的有害物质数量持续地调整废气净化系统(1)的操作参数。
13．按照权利要求1-12的任一废气净化方法，其特征在于，在考虑输入工业废气数量的情况下调整操作参数。
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