DE3432033A1 - Verfahren und anordnung zur entgiftung von f-kohlenstoffhaltigen abgasen - Google Patents
Verfahren und anordnung zur entgiftung von f-kohlenstoffhaltigen abgasenInfo
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Description
- Verfahren und Anordnung zur Entgiftung von F-kohlen-
- stoffhaltigen Abgasen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Entgiftung von F-kohlenstoffhaltigen Gasen, insbesondere von solchen aus Plasmaprozessen, die ungesättigte F-kohlenstoffhaltige Verbindungen enthalten, unter Zuhilfenahme einer Feststoffreaktion.
- Das Verfahren erlangt insbesondere Bedeutung bei der Vermeidung von Umweltbelastung durch Abgase, die mit Schadstoffen angereichert sind.
- Sowohl bei der Behandlung von Teflon, wie auch bei Plasmaätzprozessen mit F-kohlenstoffen und dabei besonders unter Bedingungen einer Bindung der F-Atome durch Sekundärreaktion, wie Ätzen oder bei Anwesenheit von Wasserstoff, treten im Abgas ungesättigte F-Kohlenstoffverbindungen auf. Von diesen besitzen C3 - und C4-Verbindungen eine hohe Toxizität. Dabei ist die von Perfluorisobuten besonders hoch. Diese Verbindungen sind nur schwer chemisch angreifbar und stellen demzufolge ein ernsthaftes Problem beim Betreten von beispielsweise Plasmaätzanlagen dar.
- Ein Ausfrieren der entsprechenden Verbindung mit N2-KUhlfallen ist aufgrund der niedrigen Siedetemperaturen dieser Fluor-Verbindungen wenig effektiv. Ein Einsatz von Spezialfiltern, die diese Verbindungen absorbieren, wäre denkbar, stellt aber keine Lösung dar, da damit keine Vernichtung erfolgt. Da diese Verbindungen in Mineralölen löslich sind, reichert sich auch die Öle der Vakuumpumpen mit diesen Verbindungen an und machen hier entsprechende Schutzmaßnahmen notwendig. Bisher sind wirksame technische Lösungen nicht bekannt. Die eingesetzten technischen Anlagen arbeiten ohne Abgasentgiftung und bestenfalls mit einer Verdünnung im Abgasstrom.
- Eine bekannte technische Lösung WP 200 980/6 versucht den Umsatz des Abgases mit versprühter KOH. Abgesehen von deren Verfahrens- und Kostenaufwand ist nicht klar, ob tatsächlich eine quantitative technische Umsetzung der ungesättigten Verbindungen stattfindet oder diese teilweise nur gelöst und damit nicht vollständig vernichtet werden. Deshalb wurde bereits vorgeschlagen, eine Feststoffreaktion mit einem geeigneten Metall oder Oxid durchzufUhren (DD 207 157). Die dort beschriebene Vernichtung erwies sich als ungeeignet, da der Umsatz von F-Kohlenstoffen mit SiO2 als möglicher Reaktionspartner zu langsam abläuft, um einen effektiven Umsatz der genannten Verbindungen zu ermöglichen.
- Ziel der Erfindung ist die Vermeidung gefährlicher Umweltbelastungen durch F-kohlenstoffhaltige Gase.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartige Schadstoffe aus den Prozeßabgasen wirksam und vollständig zu beseitigen.
- Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einem Verfahren zur Entgiftung von F-kohlenstoffhaltigen Gasen, insbesondere solcher aus Plasmaprozessen, die ungesättigte F-kohlenstoffhaltige Verbindungen enthalten, unter Zuhilfenahme einer Feststoffreaktion, erfindungsgemäß dadurch, daß eine Reaktion mit SiO2 als Feststoff bei Normaldruck und einer Temperatur von mindestens 500 0C herbeigeführt wird.
- Vorteilhaft für die Durchfuhrung des Verfahrens ist eine Anordnung, bei der als Reaktor ein Strömungsrohr mit einer Oberfläche aus einem geeigneten Oxid ausgebildet ist oder bei der ein Reaktoreinsatz aus dem betreffenden Oxid besteht.
- Die Entgiftung von F-kohlenstoffhaltigen Abgasen, die insbesondere ungesättigte Fluor-Kohlstoffverbindungen enthalten, erfolgt dadurch, daß eine Hochtemperaturreaktion eines Oxids - beispielsweise SiO2 - mit dem Abgas über einen längeren Zeitraum erfolgt.
- Dabei läuft die Reaktion zSiO2 + 0xFy x CO2 + n SiF4 + Si, C mit n = ab. 4 Diese Reaktion besitzt ein negatives a G und eine Aktivierungsenergie, die ab 70000 Umsatzgeschwindigkeiten gewährleistet, die eine sehr genau auf die Gasströmungs geschwindigkeit abgestimmte Dimensionierung des Reaktora und damit der Aufenthaltszeit erfordern. Der Zusatz von 02 oder Liift zum Abgas im Ueberschuß begünstigt den Ablauf der Reaktion und verhindert eine Abdeckung der wirksamen SiO2-Oberfläche durch C-haltige Reaktionsprodukte. Trotzdem blockieren die Reaktionsprodukte bei zu geringen Reaktionszeiten die Oberfläche.'Deshalb wird der Reaktor erfindungsgemäß so gestaltet, daß ausreichend lange Reaktionszeiten realisiert werden.
- Diese kennen bei 70000 bei einigen Minuten liegen.
- Bei Zugabe von Sauerstoff wird neben der Umsetzung von C zu C02 auch SiP4 partiell umgesetzt, wobei sich SiO2 aurückbfldet und Com2, STOP2 und F2 als Folgeprodukte verstärkt entstehen können.
- In geringem Umfallt bilden sich diese Produkte auch in der Reaktion ohne 02-Zugabe. Die reaktiven Endprodukte Sir4, SiOF2, COF, und F2 sind in waßrigen Lösungen bekanntermaßen sehr leicht hydrolysierbar, wobei neben SiO2 und C02 sich HF bildet. Durch Einsatz einer Lauge läßt sich bekanntermaßen die Hydrolyse mit der Neutralisation leicht verbinden. Hierzu reicht ein Gefäß, das nach dem Waschflaschenprinzip arbeitet oder ein H20-Dampfstrom völlig aus.
- Die Reaktionen laufen sehr schnell ab. Erfindungsgemäß wird eine derartige Einrichtung mit dem Feststoffreaktor so gekoppelt, daß ein Umsatz in ungiftige Verbindungen erfolgt. Der Reaktionsraum muß so gestaltet werden, daß ein ausreichender Kontakt des Reaktionsgases mit der Feststoffoberfläche ermöglicht wird. Das läßt sich erfindungsgemäß dadurch erreichen, daß ein Reaktionsrohr (5. Ausführungsbeispiel) eingesetzt wird, das innerhalb eines geheizten Reaktors auswechselbar (nach Verschleiß) eingesetzt werden kann. Die Länge des Rohres wird durch die notwendige Reaktionszeit bestimmt. Dies ist von der Reaktionstemperatur, dem 02-Anteil im Gas und der Menge der umzusetzenden Abgase abhängig. Die Verkürzung der notwendigen Aufenthaltszeit des Gases im Reaktor ist durch Einbringen von dispersen Feststoffmaterial denkbar. Eine weitere mögliche Lösung stellt ein Wirbelbettreaktor dar, der sich erfindungsgemäß zur Verfahrensrealisierung einsetzen läßt.
- Ebenso ist erfindungsgemäß eine Parallelschaltung mehrerer Reaktionsrohre zur Erhöhung der Reaktionszeit möglich.
- Das Wesen der Erfindung soll am Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung, die in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert werden, Ein Quarzrohr 1, gefüllt mit Si02 Rohren 2 von einem Innendurchmesser 5 mm, wird mittels einer Heizung 3 auf eine Temperatur von 80000 aufgeheizt. Es besitzt eine Länge von 30 cm und einen Innendurchmesser von 100 mm. Der Gasdurchsatz beträgt 2 lih. Die Reduzierung des Anteils von ungesättigten C3- und C4-Verbindungen erfolgt zu mehr als 95 %.
- Das Reaktorgefäß 4 besteht aus Keramik. Der Reaktionsraum wird von einem C#Fy#halti#en Gasstrom 5 durchströmt, dem beispielsweise Luft zugemischt sein kann.
- - Leerseite -
Claims (10)
- Patentansprüche 1. Verfahren zur Entgiftung von J?-kohlenstoffhaltigen Gasen, insbesondere solcher aus Plasmaprozessen, die ungesättigte Verbindungen enthalten, unter Zuhilfenahme einer Feststoffreaktion, dadurch gekennzeichnet, daB eine Reaktion mit SiO2 als Feststoff bei Normaldruck und einer Temperatur von mindestens 50000 herbeigeführt wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion der Abgase mit SiO2 bei 70000 während einer Dauer von vorzugsweise 2 min durchgeführt wird,
- 3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Reaktor ein Strömungsrohr mit einer Oberfläche aus einem geeigneten Oxid ausgebildet ist.
- 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein geleisteter Reaktoreinsatz aus dem betreffenden Oxid besteht.
- 5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtreaktor aus einer Anzahl parallel arbeitender Reaktoren aufgebaut ist.
- 6, Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, den Feststoff im Abgasstrom zu verwirbeln.
- 7. Anordnung nach den AnsprUchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für den Ablauf der Reaktion ein abgeschlossenes Volumen vorgesehen ist, das Mittel fUr die jeweilige ZufUhrung des Abgases und für die Abführung des entgifteten Gases enthält.
- 8. Anordnung nach den AnsprUchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoffreaktor mit einer Hydrolyseeinrichtung zur Vernichtung von SiF4, HF und COF2, gekoppelt ist.
- 9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydrolyseeinrichtung ein Laugengefäß, durch das das Reaktorgas strömt, darstellt.
- 10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die anschließende Hydrolyse in H20-Dampf erfolgt.
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| DE3432033C2 (de) | 1994-04-14 |
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