DE2105049A1

DE2105049A1 - Purification of waste gases from silica sepn plants - diluting with air before water treatment

Info

Publication number: DE2105049A1
Application number: DE19712105049
Authority: DE
Inventors: Otto Dr. 8263 Burghausen; Stulnig Helmuth Ach/OÖ Harbich (Österreich); Jacob, Herbert, Dr., 8263 Burghausen
Original assignee: Wacker Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 1971-02-03
Filing date: 1971-02-03
Publication date: 1972-08-24
Also published as: DE2105049B2

Abstract

The gases contng. hydrogen, hydrochloric acid gas and chlorosilane are entrained in an air stream and diluted in a ratio of at least 1 : 50, resulting in a hydrogen content of 4 vol %, before the water absorption treatment. Several processes can be served by one purification plant with substantially maintenance free operation. Explosion risks are reduced and the silica crystal structure is improved.

Description

Verfahren zur Aufarbeitung von Wasserstoff, Chlorsilane und Chlorwasserstoff enthaltenden Abgasen Die aus Siliciumabscheidungs-Anlagen kommenden Abgase enthalten Wasserstoff, Chlorsilane und Chlorwasserstoff. Process for working up hydrogen, chlorosilanes and hydrogen chloride Containing exhaust gases Contain the exhaust gases coming from silicon deposition plants Hydrogen, chlorosilanes and hydrogen chloride.

Sie wirken in feuchter Luft stark korrodierend, sind durch den Anteil an polymeren Silicium-Chlor-Wasserstoff-Verbindungen selbstentzündlich und können aus diesen Gründen nicht unmittelbar an die Atmosphäre abgegeben werden. Zur Aufarbeitung dieser Abgase wurden bereits Reinigungsverfahren,- beispielsweise Auswaschung bzw. Naßreinigung, Kondensieren durch Abkühlung, Ab, sorption mittels geeigneter Waschmittel, sowie die Absorption an Feststoffen mit großer Oberfläche angewandt. Meistenteils erfolgt die Auswaschung mittels Wasser, wobei der Chlorwasserstoff gelöst und die Silane unter Bildung von Hydrolyseprodukten ausgeschieden werden. Dabei treten Jedoch Störungen durch Abscheidung von gallerteartiger Kieselsäure, die zur Klumpenbildung neigt, auf. They have a very corrosive effect in humid air and are due to the proportion self-igniting on polymeric silicon-chlorine-hydrogen compounds and can for these reasons are not released directly into the atmosphere. For work-up these exhaust gases have already been cleaned - for example, washing out or Wet cleaning, condensation by cooling, absorption using suitable detergents, as well as absorption on solids with a large surface area. Most of the time is carried out by means of water, whereby the hydrogen chloride is dissolved and the Silanes are excreted with the formation of hydrolysis products. However, this occurs Disturbances caused by the deposition of gelatinous silica, which leads to the formation of lumps tends to.

Gemäß DBP 1 185 593 wurde ein Verfahren gefunden, das diese Störungen vermeidet. Dabei wird jeder Zutritt von Luft vor der Beendigung der Hydrolyse durch Flüssigkeitsverschlüsse verhindert, die zusammen mit den Abscheidungsanlagen einen gewissen t#erdruck -in der Abgasleitung bedingen. Dieser macht sich durch eine Verschlechterung der Kristallqualität der Siliciumkörper störend bemerkbar. Dieser Nachteil tritt sowohl bei einer einzelnen Anlage, als auch durch gegenseitige Beeinflussung beim Zusammenschalten mehrerer Anlagen auf einen Wäscher ein. Weiterhin stört auch, daß dieser Gegendruck Je nach dem, wie stark die Abgasrohre mit Hydrolyseprodukten verlegt sind, verschieden groß sein kann. According to DBP 1 185 593 a method has been found that eliminates these disturbances avoids. Any admission of air is carried out before the hydrolysis is complete Prevents liquid closures, which together with the separation systems a Certain pressure in the exhaust pipe. This makes its way through a deterioration the crystal quality of the silicon body is noticeable in a disturbing manner. This disadvantage occurs both with a single system, as well as with mutual influencing Interconnection of several systems on one washer. Furthermore bothers that This back pressure depends on how much the exhaust pipes are laid with hydrolysis products can be of different sizes.

Es wurde nun ein Verfahren zur Aufarbeitung von Wasserstoff, Chlorsilane und Chlorwasserstoff enthaltenden Abgasen durch eine Wasserbehandlung gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Abgase vor der Wasserbehandlung mit Luft so stark verdünnt werden, daß der Wasserstoffgehalt des resultierenden Gasgemisches unter 4 Volumenprozent liegt.There has now been a process for working up hydrogen, chlorosilanes and exhaust gases containing hydrogen chloride found by a water treatment, which is characterized in that the exhaust gases before the water treatment with air be diluted so much that the hydrogen content of the resulting gas mixture is below 4 percent by volume.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren so durchgeführt, daß die aus Öffnungen austretenden Abgase durch einen vorbeistreichenden Luftstrom angesaugt und mindestens im Verhältnis 1 : 50 mit Luft verdünnt werden.In a preferred embodiment, the method is carried out so that the exhaust gases emerging from openings by a passing air stream sucked in and diluted with air in a ratio of at least 1:50.

Uberraschend an diesem Verfahren ist, daß gegenüber den bisher: üblichen Methoden der Luftzutritt vor der Hydrolyse durch Wasser erfolgt und daß dennoch eine völlig sichere Arbeitsweise möglich ist. Dabei kann trotz der großen Luftmengen die Hydrolyse und die Auswaschung der korrodierenden Bestandteile vollständig gestaltet werden.What is surprising about this process is that compared to the previously: usual Methods of air access before hydrolysis takes place through water and that nevertheless a completely safe way of working is possible. In spite of the large amounts of air the hydrolysis and leaching of the corrosive constituents are completely designed will.

Ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens liegt darin, daß die Verdünnung des Wasserstoffs sehr schnell vor sich geht und somit eine auch von außen kommende Zündquelle zu keiner Explosion führen kann.A major advantage of the process is that the dilution of hydrogen is happening very quickly and therefore also comes from outside Ignition source cannot lead to an explosion.

Das Verfahren gestattet es drucklos oder sogar mit einem kleinen Unterdruck zu arbeiten, wobei sich die angeschlossenen Abscheidungsanlagen gegenseitig nicht beeinflussen können. Auch spielt es keine Rolle, wieviele Anlagen angeschlossen sind, solange die Verdünnung des Wasserstoffs auf unter 4 Volumenprozent erfolgt.The method allows it to be done without pressure or even with a small negative pressure to work, whereby the connected separation systems are not mutually exclusive can influence. It also doesn't matter how many systems are connected as long as the hydrogen is diluted to below 4 percent by volume.

So kann auch der Ausbau einzelner Abgasrohre in einfacher Weise während der Durchführung des Verfahrens erfolgen, ohne daß eine Rückwirkung auf Abscheidungsanlagen, die sich in Betrieb befinden, gegeben ist.This also makes it easy to remove individual exhaust pipes during the implementation of the process take place without any repercussions on separation systems, which are in operation is given.

Außerdem hat sich gezeigt, daß die Verlegung der Abgasrohre mit Hydrolyseprodukten, die durch Rückdiffusion von Feuchtigkeit verursacht werden, in weit geringerem Maße eintritt.It has also been shown that the laying of the exhaust pipes with hydrolysis products, caused by back diffusion of moisture, to a much lesser extent entry.

Das Verfahren wird wie folgt durchgeführt: Die aus Abgasrohren von Abscheidungsanlagen austretenden Abgase werden mit daran vorbeistreichender Luft vermischt.The procedure is carried out as follows: The from exhaust pipes of Exhaust gases from separation systems are mixed with air passing by mixed.

Die Luft kann dabei durch einen Ventilator oder ein Gebläse angesaugt werden. Die vorbeistreichende Luftmenge ist durch die Leistung der ansaugenden Geräte einstellbar. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Luftstrom so stark ist, daß ein kleiner Unterdruck entsteht, ~durch den die Abgase angesaugt werden. Die Stärke des Luftstroms wird nicht nur von der Ansaugleistung der Geräte bestimmt, sondern auch vom Querschnitt der Eintrittsöffnung für die Luft.The air can be sucked in by a fan or a blower will. The amount of air flowing past is determined by the performance of the aspirating devices adjustable. It is advantageous if the air flow is so strong that a A small negative pressure is created ~ through which the exhaust gases are sucked in. The strenght of the air flow is not only determined by the suction capacity of the devices, but also from the cross section of the inlet opening for the air.

Weiterhin kann in der Gasaustrittsöffnung ein Anzeige gerät angebracht sein, das auf den Wasserstoffgehalt des Abgases anspricht und die Ansaugleistung automatisch so regelt, daß ein Wasserstoffgehalt von 4 Vol% mit Sicherheit nicht überschritten bzw. im tiberschreitungsfall ein Alarmsignal ausgelöst wird.Furthermore, a display device can be attached in the gas outlet opening which responds to the hydrogen content of the exhaust gas and the suction power automatically regulates in such a way that a hydrogen content of 4 vol% is definitely not exceeded or if exceeded, an alarm signal is triggered.

Meistenteils wird die Verdünnung der Abgase am oberen Ende eines Wäschers, in den die Abgasleitungen münden, durchgeführt. Das entstehende Gasgemisch wird in dem Wäscher der Hydrolyse unterworfen und es werden die korrodierend wirkenden Gase, #wie Chlorwasserstoff, ausgewaschen. Diese Wasserbehandlung in Waschturm kann dabei nach vielerlei an sich bekannten Methoden durchgeführt werden. Beispielsweise ist es möglich, das Wasser zu verdüsen oder die Gase durch Wasserschleier zu saugen. Andererseits kann der Waschturm mit Glockenböden ausgerüstet sein oder man erreicht mit Hilfe von Wasserkaskaden den gewünschten Erfolg.For the most part, the dilution of the exhaust gases at the top of a scrubber, into which the exhaust pipes open. The resulting gas mixture is subjected to hydrolysis in the scrubber and the corrosive ones become Gases, such as hydrogen chloride, washed out. This water treatment in washing tower can be carried out by a variety of methods known per se. For example it is possible to spray the water or to suck the gases through a water curtain. On the other hand, the washing tower can be equipped with bell bottoms or can be reached the desired success with the help of water cascades.

Der Luftstrom enthält nach dem Verlassen des Wäschers nur noch Wasserstoff und mitgerissene Wassernebel. Er wird über die Ansauggeräte nach Abscheidung des Wassers an die Außenluft abgegeben. Das Waschwasser enthält den Chlorwasserstoff und das Hydrolysat. Letzteres wird durch Dekantation und/oder Filtration abgetrennt.After leaving the washer, the air stream only contains hydrogen and carried away water mist. He is on the suction devices after deposition of the Water released into the outside air. The wash water contains the hydrogen chloride and the hydrolyzate. The latter is separated off by decantation and / or filtration.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders für die Aufarbeitung von Abgasen aus Epitaxie-Anlagen gut geeignet. Bei solchen Anlagen hatte sich bisher eine starke Beeinflussung der Kristall qualität durch den in der Aufårbeitungsanlage herrschenden Vberdruck ergeben.The process according to the invention is particularly useful for work-up of exhaust gases from epitaxial plants. With such systems so far a strong influence on the crystal quality by the one in the processing plant prevailing overpressure.

Das neue Verfahren, das vorteilhafterweise mit kleinem Unterdruck betrieben wird, vermeidet diesen Nachteil.The new method, which advantageously works with a small negative pressure is operated, avoids this disadvantage.

Die Zeichnung stellt das Schema einer Vorrichtung dar, mit der das Verfahren beispielsweise durchgeführt wert den kann.The drawing shows the scheme of a device with which the Procedure carried out, for example, is worth the effort.

Ein senkrecht stehender Waschturm 1 aus Kunststoff oder gummierten Stahl enthält in seinem Inneren drei übereinander angeordnete Sprühdüsen 2. Am unteren Ende sitzt der Waschturm auf einem Abscheider 3, der über dem Hydrolysatsammelbecken 4 angeordnet ist. Seitlich am Abscheider befindet sich ein Ansaugstutzen 5, der zur Unterdruckseite eines Gebläses 6 führt.A vertical washing tower 1 made of plastic or rubberized In its interior, steel contains three spray nozzles 2 arranged one above the other. At the bottom At the end of the washing tower sits on a separator 3, which is above the hydrolyzate collecting basin 4 is arranged. On the side of the separator there is an intake port 5, the leads to the negative pressure side of a fan 6.

Am oberen Ende trägt der Waschturm einen Aufsatz 7 mit einem Düsenkranz 8, in den die von den Abscheidungsanlagen kommenden Abgasleitungen 9 münden. Die durch das Gebläse 6 angesaugte Luft strömt durch eine Öffnung im Aufsatz 7, deren Querschnitt neben der Ansaugleistung der Gebläse die Stärke des Luftstroms mitbestimmt. Die vorbeiströmende Luft erzeugt in den Düsen des Düsenkranzes 8 einen kleinen Unterdruck. Hierdurch wird das Abgas aus den Abscheidungsanlagen über die Leitungen 9 angesaugt. Im Waschturm 1 wird das entstandene Gasgemisch an den aus den Sprühdüsen 2 kommenden Wasserschleiern innig vermengt. Dadurch tritt die Hydrolyse und die Auswaschung der korrodierenden Bestandteile ein.At the upper end of the washing tower carries an attachment 7 with a nozzle ring 8, into which the exhaust pipes 9 coming from the separation systems open. the Air sucked in by the fan 6 flows through an opening in the attachment 7, the Cross-section in addition to the suction capacity of the fan also determines the strength of the air flow. The air flowing past creates a small negative pressure in the nozzles of the nozzle ring 8. As a result, the exhaust gas is sucked in from the separation systems via the lines 9. In the washing tower 1, the gas mixture that is produced is fed to the gas mixture coming from the spray nozzles 2 Veils of water intimately mixed. This causes hydrolysis and leaching to occur the corrosive components.

Im Abscheider 3 wird das Wasser vom Gas getrennt. Das Gas wird durch das Gebläse 6 in einen Zyklonabscheider 13 zur Entfernung der mitgeführten Wassernebel gedrückt und sodann ins Freie abgegeben. Das Wasser nimmt die entstandenen Feststoffe, wie z. B. Kieselsäure in das Hydrolysatsammelbecken 4 mit. Das auf dem Wasser schwimmende Hydrolysat wird durch die Entnahmeöffnung 10 von Zeit zu Zeit entfernt. Das abfließende Wasser passiert ein Filter 11, das über die Filterwand 12 mitgeschwemmte Festkörperpartikel zurückhält.In the separator 3, the water is separated from the gas. The gas is through the fan 6 in a cyclone separator 13 to remove the entrained water mist pressed and then released into the open. The water absorbs the resulting solids, such as B. silica in the hydrolyzate sump 4 with. The one floating on the water Hydrolyzate is removed from time to time through the removal opening 10. The draining Water passes through a filter 11, which contains solid particles that have been swept along over the filter wall 12 holding back.

Beispiel 1 In eine Apparatur gemäß Zeichnung werden durch vier Leitungen je 150 1/min Abgase aus Epitaxieanlagen, die hauptsächlich aus Wassrstoff, Chlorwasserstoff, Chlorsilanen sowie polymeren Silicium-Chlor-Wasserstoff-Verbindungen besteht, eingeleitet. Die Abgase werden im Verhältnis von 1 : 100 durch einen an den Leitungen vorbeistreichenden Luftstrom angesaugt und verdünnt.Example 1 In an apparatus according to the drawing are through four lines 150 1 / min each of exhaust gases from epitaxy systems, which mainly consist of hydrogen, hydrogen chloride, Chlorosilanes and polymeric silicon-chlorine-hydrogen compounds are initiated. The exhaust gases are in a ratio of 1: 100 by a passing by the pipes Air flow sucked in and diluted.

Sodann erfolgt die Wasserbehandlung.Then the water treatment takes place.

Die Hydrolyseprodukte sammeln sich auf dem Waschwasser schwimmend in Becken 4 und werden diskontinuierlich entnennt. Das ausgeblasene Gas enthält keinen Chlorwasserstoff mehr und ist nicht mehr selbtentzündlich. Der Wasserstoffgehalt beträgt unter 1 Volumenprozent.The hydrolysis products collect floating on the washing water in basin 4 and are removed discontinuously. The blown gas contains no more hydrogen chloride and is no longer self-igniting. The hydrogen content is less than 1 percent by volume.

Die Kristallqualität der epitaktischen Schichten wird durch diese Abgasehlage verbessert.The crystal quality of the epitaxial layers is determined by this Improved exhaust gas situation.

Beispiel 2 In der gleichen Vorrichtung wie in Beispiel 1 werden aus 6 Rohren Je 20 1/min Abgas aus Epitaxieanlagen eingeleitet. Es erfolgt eine Verdünnung im Verhältnis 1: 200 mit Luft. Das abgeblasene Gas ist frei von Chlorwasserstoff und selbstentzündlichen Verbindungen. Der Wasserstoffgehalt liegt unter 0,5 Volumenprozentt Die epitaktischen Schichten zeigen verbesserte Kristallqualität.Example 2 In the same device as in Example 1, 6 pipes, each with 20 1 / min exhaust gas introduced from epitaxy systems. There is a dilution in a ratio of 1: 200 with air. The vented gas is free from hydrogen chloride and self-igniting compounds. The hydrogen content is below 0.5 percent by volume The epitaxial layers show improved crystal quality.

Claims

1.) Process for working up hydrogen, chlorosilanes and hydrogen chloride containing exhaust gases by a water treatment, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the exhaust gases before the water treatment with air are at least as strong be diluted that the hydrogen content of the resulting gas mixture is below 4 percent by volume.

2.) The method according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the exhaust gases emerging from openings are caused by a passing Air flow sucked in and diluted with air at least in a ratio of 1:50.

Blank page