DE69018059T2 - Verfahren und vorrichtung zur verbrennung von giftigen sauerstofffreien abgasen. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zerstörung durch Verbrennung von giftigen sauerstofffreien Abgasen.
• Das Problem der Beseitigung solcher Abgase stellte sich besonders in Einheiten zur Herstellung integrierter Schaltungen, wo zum Dotieren der Materialien Gase verwendet werden, die mit Arsenhydriden (Arsinen) und/oder Phosphorhydriden (Phosphinen) und/oder Siliziumhydriden (Silanen) ... beladen sind.
• Diese Gase sind giftig, und der sie enthaltende Gasstrom muß unbedingt Gegenstand einer Reinigung sein, bevor er in die Atmosphäre abgelassen wird.
• Ein bekanntes Behandlungsverfahren besteht darin, diese Gase zu verbrennen, wobei die Verbrennungsprodukte nicht giftig sind oder leicht (beispielsweise durch Filtrieren für das Arsenoxid) entfernt werden können.
• Das FR-Patent 87 03 729, das unter der Nummer 2 612 606 veröffentlicht wurde, beschreibt ein solches Verfahren mit seiner zugehörigen Vorrichtung. Nach diesem Patent wird das Abgas in eine Verbrennungszone durch eine zentrale Leitung eingeführt, die von einem das verbrennbare Gas zuführenden Rohr umgeben ist, das seinerseits von drei Ringleitungen umgeben ist, die die Verbrennungsluft zuführen. Man bemüht sich, möglichst lange im laminaren Strom selbst jenseits des Brenners zu bleiben, um die Entflammungszone zurückzuschieben, um so die Abscheidung von Oxiden auf dem Brenner zu vermeiden. Die Durchsätze und die Injektionsgeschwindigkeiten der Gase werden zu diesem Zweck reguliert. Zum gleichen Zweck bildet der Kanal von verbrennbarem Gas eine Schutzhülle für das Abgas gegenüber dem (sauerstoffhaltigen) Brenngas.
• Es wurde andererseits in der Anmeldung DE-A-2 857 224 ein Verfahren nebst seiner zugehörigen Vorrichtung zur Veraschung explosiver Gase beschrieben. Das Verfahren sieht eventuell die Zuführung eines Zusatzbrennstoffs vor, und zur Verlängerung der Verweilszeit der zu veraschenden Gase in der Verbrennungskammer sieht es einen Rückstrom derselben in die Verbrennungskammer vor.
• Die Anmelderin schlägt gegenwärtig ein Verbrennungsverfahren vor, bei dem man, im Gegensatz zu dem in FR-A-2 612 606 beschriebenen, eine erhebliche Turbulenz schafft.
• Genauer hat die Erfindung zum Gegenstand ein Verfahren zur Verbrennung von giftigen sauerstofffreien Abgasen in einer Flamme mit einem Kern, der mit brennbarem Gas und sog. primärem (sauerstoffhaltigem) Brenngas gespeist wird, welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß
• - es bei Unterdruck durchgeführt wird;
• - ein sog. sekundäres Erenngas auf Höhe des Kerns in vorm wenigstens eines sog. festen Strahls mit einem Durchsatz und einer Geschwindigkeit, die konstant und ausreichend sind, um eine turbulente gasförmige Masse auf Höhe des Kerns zu erzeugen und die gewünschte Verbrennungstemperatur aufrechtzuerhalten, und wenigstens eines sog. regulierbaren Strahls mit variablem Durchsatz zur Stabilisierung der Verbrennungstemperatur eingeführt wird, wobei die zur Achse des Kerns gerichteten Strahlen auch die Zufuhr überschüssigen Brenngases in die Verbrennungszone sichern;
• - das zu verbrennende Abgas auf Höhe des Kerns getrennt vom sekundären Erenngas in die erzeugte turbulente gasförmige Masse eingeführt wird;
• - die aus der Verbrennungszone kommenden Gase in eine Nachverbrennungszone geleitet werden.
• Die Erfindung besteht also aus einem Verfahren zur Verbrennung von giftigen sauerstofffreien Abgasen. Solche Abgase sind als solche nicht explosiv. Sie können es in Gegenwart von Sauerstoff werden.
• Sie sind aus einem mit Verunreinigungen beladenen Trägergas zusammengesetzt. Das Trägergas kann Wasserstoff, Stickstoff ... oder ein Gasgemisch sein. Luft und Sauerstoff sind offenbar ausgeschlossen.
• Die zu verbrennenden Abgase gemäß dem Verfahren der Erfindung können, wie oben angegeben, von der elektronischen Industrie stammen. Solche Abgase sind mit Hydrid, insbesondere Phosphinen, Arsinen und/oder Silanen ... und/oder mit anderen chemischen Verbindungen beladen, die insbesondere die Atome B, P, As, Te, Se, Cl, F enthalten.
• Die Abgase können auch von der Kernindustrie stammen. Es kann sich um radioaktive Pyrolysegase und/oder mit Tritium beladene Gase handeln.
• Der Kern der Flamme wird aus einem herkömmlichen Brenner erhalten, der am Kopf der Verbrennungszone angeordnet und mit brennbarem Gas (z.B. Naturgas) und mit Brenngas (z.B. Luft) gespeist wird. Dieses Brenngas wird im Text der vorliegenden Anmeldung primäres Gas genannt, um es von den anderen Brenngasströmen zu unterscheiden. Vorteilhaft wird der Durchsatz dieses primären Brenngases derart reguliert, um die Verbrennung mit einem schwachen Überschuß des Brenngases (etwa 10 %) zu sichern.
• Gemäß der Erfindung wird das sog. sekundäre Brenngas zum Kern in Form von Strahlen mit einem ausreichenden Durchsatz, um einen Brenngasüberschuß gegenüber der zur Verbrennung des giftigen Abgases erforderlichen Menge zu sichern, und mit einer ausreichenden Geschwindigkeit zugeführt, um eine turbulente Gasmasse auf Höhe des Kerns zu schaffen.
• Das sekundäre Brenngas ist beispielsweise Luft.
• Der Durchsatz und die Geschwindigkeit des sekundären Brenngases sind derart, daß sich das Aussehen des Kerns verändert: Er ändert seine Farbe, seine Form wird gestört, und man beobachtet wirbelartige Bewegungen. Man sagt dann, daß die Gasmasse turbulent ist. Diese Erscheinung ist dem Fachmann bekannt.
• Der Durchsatz und die Geschwindigkeit des sekundären Brenngases müssen ebenfalls bestimmt werden, um die Aufrechterhaltung der Temperatur in der Verbrennungszone und den Überschuß des Brenngases zu sichern.
• Die Geschwindigkeiten können bis zu einigen Zehnern von m/s gehen.
• Das sekundäre Brenngas wird in Form wenigstens zweier zur Achse des Kerns gerichteter Strahlen eingeführt. Diese Strahlen können zur Achse des Kerns konvergieren oder auch so gerichtet werden, daß eine wirbelförmige Bewegung des Brenngases um den Kern geschaffen wird; auch in diesem Fall nimmt die Ausrichtung des Strahls an der Schaffung der Turbulenz teil.
• Das Verfahren der Erfindung wird bei Unterdruck gegenüber der Atmosphäre außerhalb der Verbrennungszone (Umgebungsatmosphäre) durchgeführt. Ein solcher Unterdruck ermöglicht die Vermeidung der Bildung von Gastaschen, die Vermeidung einer eventuellen Dispersion der Gase nach außen. Er erleichtert andererseits die Abführung der abgegebenen Gase aus der Vorrichtung, in der das Verfahren durchgeführt wird.
• Dieser Unterdruck ist in der Größenordnung von 0,5 bis 6 mbar (d.h. 50 bis 600 Pa).
• In charakteristischer Weise wird das sekundäre Brenngas durch zwei verschiedene Kreise zugeführt, die erzeugen:
• - wenigstens einen sog. festen Strahl mit einem Durchsatz und einer Geschwindigkeit, die konstant und ausreichend sind, um eine turbulente Gasmasse und die gewünschte Verbrennungstemperatur zu erhalten; und
• - wenigstens einen sog. regulierbaren Strahl mit einem variablen Durchsatz, um die Temperatur aufrechtzuerhalten,
• welche Strahlen auch die Zufuhr von Brenngas im Überschuß sichern.
• Der Strom von regulierbarem (sekundärem) Brenngas kühlt die Gasmasse ab und ermöglicht, falls erforderlich, die Senkung der Temperatur der Verbrennungszone. Durch Abwesenheit dieses Stroms verursacht man den Wiederanstieg der Temperatur, der durch Regulierung des Durchsatzes von verbrennbarem Gas / primärem Brenngas beschleunigt werden kann.
• Es genügt im Rahmen der Erfindung, daß das giftige Abgas in Form eines Strahls in die turbulente Gasmasse (ein oder mehrere Strahlen) eingeführt wird. Wenig macht die Stelle aus, wo der (oder die) Strahl(en) von Abgas bezüglich der Ankunftsstellen des sekundären Brenngases ankommt(en) ; es genügt, daß die Turbulenz in der Gasmasse erreicht wird.
• Wenn die giftigen Abgase von verschiedener Art sind, können sie in Form von getrennten Strahlen auf Höhe des Kerns oder auch nach vorheriger Vermischung eingeführt werden.
• Das giftige Abgas kann episodisch eingeführt werden. Der Durchsatz von sekundärem Brenngas wird allgemein an die Messung der Temperatur in der Verbrennungszone angepaßt. Das Verfahren der Erfindung ermöglicht in vorteilhafter Weise, Abgase zu behandeln, deren Durchsatz und deren Geschwindigkeit man nicht steuert; es genügt dann, die Durchsätze und Geschwindigkeiten des Brenngases zu regulieren, um zur Verbrennung zu kommen.
• Die Temperatur in der Verbrennungszone ist im allgemeinen über 900 ºC für die Behandlung der obengenannten giftigen Gase. Diese Temperatur wird vorteilhaft so gewählt, um eine Zerstörung der giftigen Gase von wenigstens 99 % in der Gesamtheit der Vorrichtung, d.h. der Verbrennungszone, die eventuell durch eine Nachverbrennungszone vervollständigt wird, in der die Reaktion endet, zu erhalten, in welcher Vorrichtung das Verfahren der Erfindung durchgeführt wird.
• In jedem Fall wird sie vom Fachmann über einer kritischen Temperatur, nämlich der Explosivitätstemperatur des Gasgemisches in der Verbrennungszone, gewählt. Welches auch dieses Gemisch sei, legt der Fachmann diese kritische Temperatur auf ungefähr 800 ºC.
• In Abwesenheit von zu behandelndem Abgas ist es vorteilhaft, eine sehr wenig über der Explosivitätstemperatur der dann in der Verbrennungszone vorhandenen Gase liegende Temperatur zu beachten.
• Um zu ermöglichen, daß sich die Verbrennungsreaktion verlängert, leitet man die aus der Verbrennungszone kommenden Gase zu einer sog. Nachverbrennungszone, die eine Auskleidung aus feuerfesten Materialien enthält. Diese Auskleidung wird vorteilhaft auf eine Temperatur über der Verbrennungstemperatur in der Verbrennungszone gebracht. Diese Auskleidung sichert auch die Filtrierung der Gase und eine bessere Verteilung der Wärmemengen in der Vorrichtung.
• Diese Nachverbrennungszone ist natürlich auch ihrerseits bei Unterdruck (vorzugsweise 0,5 bis 6 mbar).
• Es kann zweckmäßig sein, im Kopfteil der Nachverbrennungszone (dem Teil gegenüber dem die Auskleidung enthaltenden Boden) ein Leck vorzusehen, das einen schwachen Strom von sog. tertiärem Brenngas (im allgemeinen Luft) zuführt, das einen Überschuß von Brenngas in der Nachverbrennungszone gewährleistet.
• Die Durchsätze und Geschwindigkeiten der Brenngase werden derart reguliert, um eine Temperatur von 900 bis 1200 ºC, vorzugsweise etwa 1000 ºC, in der Nachverbrennungszone im Fall einer Anwendung auf die oben angegebenen giftigen Abgase zu erhalten.
• Die austretenden Gase können direkt in die Atmosphäre abgegeben oder behandelt werden, was sich nach der Menge giftiger Rückstände und den geltenden Emissionsvorschriften richtet.
• Die vorliegende Erfindung hat zum Gegenstand auch eine Vorrichtung zur Verbrennung von giftigen sauerstofffreien Abgasen, in der das oben beschriebene Verfahren durchgeführt werden kann. Diese Vorrichtung weist einen Verbrennungstunnel auf, in dessen Boden sich ein Brenner befindet, der mit brennbarem Gas und mit sog. primärem sauerstoffhaltigem (Brenn-)Gas gespeist wird, und ist dadurch gekennzeichnet, daß:
• - der Boden des Tunnels aus einer konischen Wand besteht, die auf dem Tunnel offen und von gleicher Achse wie dieser ist, wobei der Brenner auf dieser Achse in einer solchen Tiefe angeordnet ist, daß sich die Basis des Flammenkerns im Lauf des Betriebs in der Nähe des Bodens des Tunnels befindet, und
• daß sie außerdem aufweist:
• - wenigstens zwei Rohre, wenigstens eines für einen sog. festen Strahl und wenigstens ein anderes für einen sog. regulierbaren Strahl, zum Zuführen des sekundären sauerstoffhaltigen Gases auf Höhe des Bodens des Tunnels, wobei die Rohre ausgerichtet sind, um im Lauf des Betriebs das sekundäre sauerstoffhaltige Gas in Strahlen zum Kern zu lenken;
• - wenigstens ein Rohr zum Zuführen des giftigen Abgases auf Höhe des Bodens des Tunnels, wobei das (die) Rohr(e) ausgerichtet ist (sind), um im Lauf des Betriebs das Abgas als zur Achse des Kerns konvergente(n) Strahl(en) zu lenken;
• - eine Nachverbrennungszone, die den Verbrennungstunnel verlängert;
• - eine Einrichtung zum Abziehen der Gase unter Erzeugung eines Unterdrucks im Tunnel und in der Nachverbrennungszone.
• Die Vorrichtung gemäß der Erfindung weist einen Verbrennungstunnel auf, dessen Boden aus einer konischen Wand besteht. Diese Wand wird allgemein aus feuerfesten Materialien in einer Dicke gebildet, die zur Sicherung der Wärmeisolation der Vorrichtung gegenüber dem Äußeren ausreicht.
• Im Boden des Kegels ist eine Ausnehmung für den Brenner vorgesehen. Der Brenner weist ein Rohr zum Zuführen des brennbaren Gases und ein anderes Rohr zum Zuführen des primären (sauerstoffhaltigen) Brenngases auf.
• Es kann beispielsweise eine im Boden des Tunnels angebrachte Öffnung sein, in der der Brenner mündet, wobei sich der Flammenkern dann in der Öffnung entwickelt.
• Bei einer anderen Ausführungsart weist der Brenner zwei konzentrische Rohre auf, und das den Brennstoff zuführende Rohr ist im engen Boden des Kegels angeordnet, um die Vermischung von verbrennbarem Gas und primärem Brenngas vor der Entwicklung des Flammenkerns zu erleichtern, wobei die Basis des Flammenkerns praktisch auf Höhe des Bodens des Kegels des Verbrennungstunnels ist.
• Mittel zur Regulierung der Durchsätze sind an diesen Rohren vorgesehen; sie werden vorzugsweise in Abhängigkeit von der Messung der Temperatur in der Vorrichtung gesteuert.
• Auf der konischen Wand des Verbrennungstunnels münden die Zuführungen von sekundärem Brenngas und giftigem Abgas.
• Das sekundäre Brenngas wird durch wenigstens zwei Rohre zugeführt, die die konische Wand durch ihre ganze Dicke durchsetzen; die Rohre sind so dimensioniert, daß das Gas in Form eines Strahls austritt. Man kann diesen Rohren eine Schlitzform so geben, um durch die Strahlen eine größere Oberfläche zu überdecken.
• Eine günstigere Ausführungsart besteht darin, mehrere, z.B. drei oder vier, Rohre vorzusehen, die regelmäßig um den Umfang der konischen Wand verteilt sind. Je nach den Fällen werden die Rohre so angeordnet, daß die Strahlen zur Achse des Flammenkegels angenähert an einem und demselben Punkt konvergieren, oder sie werden am Umfang der konischen Wand derart identisch geneigt, um eine Drehbewegung des eingeführten Brenngases zu erzeugen.
• Das (die) das Abgas zuführende(n) Rohr(e) durchsetzt(en) ebenfalls die konische Wand und ist (sind) so angeordnet, um den (die) Abgasstrahl(en) zur Achse des Flammenkegels etwa an ein und denselben Punkt zu lenken. Vorzugsweise ordnet man mehrere Rohre an, die regelmäßig über den Umfang der konischen Wand verteilt sind.
• Man sieht Sekundärbrenngasrohre für sog. feste Strahlen und Rohre für sog. regulierbare Strahlen vor, wobei jeder Strahltyp unabhängig vom anderen gesteuert wird.
• Bei einer besonderen Ausführungsart sind durch eine Wand in zwei Teile getrennte Rohre vorgesehen, wobei die Strahlen dann etwa an der gleichen Stelle münden.
• Die Abmessungen des Verbrennungstunnels werden vom Fachmann als Funktion der behandelten Stoffe, der zu erhaltenden Verbrennungstemperatur, der Verweilszeit ... bestimmt.
• Eine Einrichtung, beispielsweise ein Extraktionsventilator, ist am Abzugsrohrsystem der Gase montiert, um den Unterdruck in der Vorrichtung zu erzeugen.
• Die Vorrichtung weist einen Verbrennungstunnel auf, auf den eine Nachverbrennungszone folgt, die ebenfalls Wände aus Feuerfestmaterial aufweist und deren Achse vorteilhaft einen Winkel mit der des Verbrennungstunnels bildet. Der Boden dieser Zone ist mit einer Auskleidung aus feuerfestern Material versehen, und ein seitliches Rohr ermöglicht den Austritt der Gase, die diese Auskleidung durchströmt haben.
• Im Oberteil der Nachverbrennungszone (im Oberteil gegenüber dem Boden) kann ein Einlaßklappenventil angebracht sein, das den Durchstrom von Brenngas (tertiärem Brenngas) zum Boden der Nachverbrennungszone ermöglicht. Vorteilhaft wird dieses Klappenventil als Ausdehnungsventil verwendet, um eventuelle Überdrücke zu kompensieren.
• Die beigefügten Figuren veranschaulichen die Erfindung:
• - Die Figuren 1A und 1B zeigen bevorzugte Ausführungsarten der Vorrichtung gemäß der Erfindung;
• - die Figuren 2A, 2B und 3A zeigen im Schnitt (Sicht längs der Achse des Verbrennungstunnels) den Boden des Tunnels mit dem Brenner und den Rohren für die Gase, die Figur 3B zeigt eine Schnittansicht der Vorrichtung 1B nach der Richtung F.
• Die Figur 1A zeigt eine Vorrichtung, die einen Verbrennungstunnel 1 mit der Achse D aufweist, worauf eine Nachverbrennungszone 2 folgt, die senkrecht zu diesem Tunnel angeordnet ist.
• Der Boden des Tunnels 1 besteht aus einer auf dem Tunnel offenen konischen Wand 3. Der Tunnel mit seinem Boden wird von einer Dicke 4 von feuerfesten Ziegeln (oder anderem Material) zur Sicherung der Wärmeisolation umgeben.
• Im Boden des Tunnels ist eine Ausnehmung längs der Achse D und über die gesamte Dicke der konischen Wand vorgesehen. Ein Brenner 5 ist hier eingesetzt, der eine Einlaßleitung 6 für brennbares Gas (Naturgas) und eine Einlaßleitung 7 für das primäre Brenngas (Luft) aufweist. Ein Flammenkegel 8 entwickelt sich im Boden des Tunnels.
• In der Figur 1A ist die Basis des Flammenkegels am Boden des Kegels der konischen Wand; in der Figur 1B liegt sie in der Öffnung, die in der im Boden des Kegels angebrachten Ausnehmung angeordet ist.
• Die Rohre 9 und 10 durchsetzen die konische Wand, um das sekundäre Brenngas (Luft) bzw. das giftige Abgas zuzuführen.
• In dem in den Figuren 1A und 2A gezeigten Beispiel sind drei Rohre 9 und drei Rohre 10 vorgesehen. Die Rohre 9 sind derart angeordnet, daß ihre Achsen auf der Achse D des Tunnels an einem Punkt A konvergieren, während die Rohre 10 an einem Punkt B konvergieren und der Punkt B jenseits des Punktes A liegt.
• Dagegen konvergieren in der Figur 1B die Rohre 9 an Punkten A1 und A2, die Rohre 10 am Punkt B, und die Punkte A1 und A2 liegen jenseits des Punktes B.
• Im Schnitt der Figur 2A haben nach einer Ausführungsart der Erfindung die das sekundäre Brenngas zuführenden Rohre 9 eine Schlitzform, während die Rohre 10 eine Kreisform haben.
• Die Figur 3A zeigt eine bevorzugte Variante, bei der die Rohre 9 durch eine Trennwand 11 in zwei Teile getrennt sind. Im Teil 12, dem dem Brenner am nächsten, strömt das sekundäre Brenngas mit festem Strahl, und im Teil 13 strömt das sekundäre Brenngas mit regulierbarem Strahl. Die beiden Teile werden dann durch verschiedene Leitungssysteme gespeist. An den Speisungsleitungssystemen sind geeignete Mittel zur Durchsatz- und Geschwindigkeitsregulierung angebracht.
• Die Figur 1B zeigt die getrennten Rohre 9A und 9B zum Zuführen des sekundären Brenngases in Form von regulierbarem bzw. festem Strahl.
• Die Figur 2B zeigt im Schnitt die derart geneigten Rohre 9B, um eine Rotationsbewegung des sekundären Brenngases mit festem Strahl um den Flammenkegel herum zu erzeugen.
• Die Rohre 10 sind in drei Gruppen von drei Rohren 10A, 10B, 10C unterteilt, deren jedes beispielsweise ein giftiges Abgas verschiedener Art zuführt. Die Rohre der Gruppen sind regelmäßig um den Umfang der konischen Wand verteilt angeordnet.
• Nach der Figur 1A werden die vom Verbrennungstunnel 1 kommenden Gase zur Nachverbrennungszone 2 umgelenkt, die an ihrem Boden eine Auskleidung 14 (beispielsweise aus Siliziumkarbid) enthält, die durch eine Abziehöffnung 15 evakuiert und durch eine Öffnung 16 gespeist werden kann. Die Öffnung 16 kann ein Klappenventil 17 aufweisen, durch das dann das tertiäre Brenngas (Luft) eintritt, das mit den Verbrennungsgasen zur Auskleidung mitgerissen wird. Die Gase verlassen nach Durchgang durch die Auskleidung die Vorrichtung durch das Rohr 18.
• Die Erfindung wird nun anhand des folgenden Beispiels erläutert. In einer Vorrichtung der oben beschriebenen Art, deren zylindrische Verbrennungskammer einen Außendurchmesser von etwa 1200 mm, einen Innendurchmesser von etwa 400 mm, eine angenäherte innere Länge von 1600 mm aufweist und deren Nachverbrennungskammer, die auf diese Verbrennungskammer folgt, Siliziumkarbidteilchen enthält, behandelte man ein mit 6000 Volumen-ppm Arsin beladenes Gas bei einem Durchsatz von 14 Nm³/h.
• Am Kopf und in der Achse des Verbrennungstunnels findet man eine Brenneröffnung, die den eigentlichen Brenner und die Luft- und Gaszuführungen trägt.
• Das mit Arsin beladene Trägergas wird dann in die Öffnung zum Verbrennungstunnel eingeführt. Es besteht aus:
• - Wasserstoff 10,2 Nm³/h
• - Stickstoff 3,0 Nm³/h
• Der beteiligte Brennstoff ist Naturgas mit einem Durchsatz von 1,1 Nm³/h an der Nase des Brenners, das vorab im Brenner mit 6 Nm³/h Primärluft (Primärbrenngas) vermischt wurde. Das Luft/Gas-Verhältnis wurde, wie auch der Gang der Flamme des Brenners sei, mit einem Luftüberschuß von 10 % bezüglich der Stöchiometrie konstant aufrechterhalten.
• Durch die Öffnung des Brenners tritt ebenfalls, und zwar mit einer Geschwindigkeit von 12 m/s das sekundäre Brenngas ein, das aus:
• - einer Luft mit konstantem Durchsatz (33 Nm³/h) und konstanter Geschwindigkeit (12 m/s) zum turbulenten Spülen des Verbrennungstunnels und
• - einer modulierten Luft mit variablem Durchsatz (von 0 bis 35 Nm³/h) zum Halten auf Temperatur besteht.
• Der Unterdruck im Tunnel ist 5 mbar.
• Die vor der Siliziumkarbidauskleidung gemessene Temperatur ist 1000 ºC. Das Volumen der Räuche bei dieser Temperatur ist 90 Nm³/h.
• Diese Räuche werden anschließend von 1000 ºC auf 700 ºC in einem Wärmetauscher abgekühlt und erfahren durch die Umgebungsluft eine Verdünnung eines Faktors 4 (325 Nm³/h), um auf eine Temperatur von 100-120 ºC gebracht zu werden, bevor eine Filtrierung mit sehr hohem Wirkungsgrad (um 99,99 % der Teilchen der Größenordnung von 0,3 um zurückzuhalten) durchgeführt wird, was zur Erfassung der gebildeten festen Arsensäure vor Abführung in den Kamin dient.
• Hierbei ist die Arsinbeladung nicht mehr als 0,5 Volumen- ppm. Der durch die Vorrichtung gesicherte Reinigungsgrad ist also 99,966 %, d.h. über den erforderlichen 99,95 % (nachdem der Verdünnung bei der Abkühlung Rechnung getragen wurde).
• Übrigens war die Zusammensetzung der Räuche im Kamin angenähert die folgende:
• - Stickstoff 80,0 %
• - Sauerstoff 18,0 %
• - Wasser (Dampf) 1,5 %
• - Kohlendioxid 0,5 %
• Eine solche Vorrichtung ist besonders geeignet zur Reinigung der von der elektronischen Industrie stammenden Gase: Es ergibt sich nicht nur eine praktisch vollständige Verbrennung der giftigen verbrennbaren Elemente, sondern es wird auch die Bildung von Stickoxiden oder anderen giftigen Gasen vermieden.

Claims (10)

1. Verfahren zur Verbrennung von giftigen sauerstofffreien Abgasen in einer Flamme mit einem Kern, der mit brennbarem Gas und sog. primärem sauerstoffhaltigem Gas gespeist wird, dadurch gekennzeichnet,

- daß es bei Unterdruck durchgeführt wird;

- ein sog. sekundäres sauerstoffhaltiges Gas auf Höhe des Kerns in Form wenigstens eines sog. festen Strahls mit einem Durchsatz und einer Geschwindigkeit, die konstant und ausreichend sind, uni eine turbulente gasförmige Masse auf Höhe des Kerns zu erzeugen und die gewünschte Verbrennungstemperatur aufrechtzuerhalten, und wenigstens eines sog. regulierbaren Strahls mit variablem Durchsatz zur Stabilisierung der Verbrennungstemperatur eingeführt wird, wobei die zur Achse des Kerns gerichteten Strahlen auch die Zufuhr überschüssigen sauerstoffhaltigen Gases in die Verbrennungszone sichern;

- das zu verbrennende Abgas auf Höhe des Kernes getrennt vom sekundären sauerstoffhaltigen Gas in die erzeugte turbulente gasförmige Masse eingeführt wird;

- die aus der Verbrennungszone kommenden Gase in eine Nachverbrennungszone geleitet werden.

2. Verfahren nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der (die) regulierbare(n) Strahl(en) einen gemäß der Messung der Temperatur in der Verbrennungszone gesteuerten Durchsatz hat (haben).

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungs- und Nachverbrennungszonen bei einem Unterdruck von 50 bis 600 Pa bezüglich der Umgebungsatmosphäre sind.

4. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein ergänzender Strom von sauerstoffhaltigem Gas (sog. tertiärem sauerstoffhaltigem Gas) in die aus der Verbrennungszone kommenden Gase eingeführt wird, um einen Überschuß sauerstoffhaltigen Gases in der Nachverbrennungszone zu sichern.

5. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nachverbrennungszone eine Temperatur im Bereich von 900 bis 1200 ºC und vorzugsweise eine Temperatur von etwa 1000 ºC herrscht.

6. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das behandelte Abgas wenigstens einen der folgenden Bestandteile enthält: Silan, B, P, As, Te, Se, Cl, F.

7. Vorrichtung zur Verbrennung von giftigen sauerstofffreien Abgasen mittels Durchführung des Verfahrens nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, welche Vorrichtung einen Verbrennungstunnel (1) aufweist, in dessen Boden sich ein Brenner (5) befindet, der mit brennbarem Gas und mit sog. primärem sauerstoffhaltigem Gas gespeist wird, und die dadurch gekennzeichnet ist,

- daß der Boden des Tunnels (1) aus einer konischen Wand (3) besteht, die auf dem Tunnel (1) offen und von gleicher Achse (D) wie dieser ist, wobei der Brenner (5) auf dieser Achse (D) in einer solchen Tiefe angeordnet ist, daß sich die Basis des Flammenkerns im Lauf des Betriebs in der Nähe des Bodens des Tunnels (1) befindet, und daß sie außerdem aufweist:

- wenigstens zwei Rohre (9), wenigstens eines für einen sog. festen Strahl und wenigstens ein anderes für einen sog. regulierbaren Strahl zum Zuführen des sekundären sauerstoffhaltigen Gases auf Höhe des Bodens des Tunnels (1), wobei die Rohre (9) ausgerichtet sind, um im Lauf des Betriebs das sekundäre sauerstoffhaltige Gas in Strahlen zum Kern zu lenken;

- wenigstens ein Rohr (10) zum Zuführen des giftigen Abgases auf Höhe des Bodens des Tunnels (1), wobei das (die) Rohr(e) (10) ausgerichtet ist (sind), um im Lauf des Betriebs das Abgas als zur Achse (D) des Kerns konvergente(n) Strahl(en) zu lenken;

- eine Nachverbrennungszone (2), die den Verbrennungstunnel (1) verlängert;

- eine Einrichtung zum Abziehen der Gase unter Erzeugung eines Unterdrucks im Tunnel (1) und in der Nachverbrennungszone (2).

8. Vorrichtung nach dem Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die das sekundäre sauerstoffhaltige Gas zuführenden Rohre (9) eine Schlitzform haben.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8 dadurch gekennzeichnet, daß die Achse der Nachverbrennungszone (2) mit der (D) des Tunnels (1) einen Winkel bildet und daß die Nachverbrennungszone (2) an ihrem Boden mit einer Auskleidung aus feuerfesten Materialien (14) versehen ist.

10. Vorrichtung nach dem Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Klappenventil (17) im Kopf der Nachverbrennungszone (2) angeordnet ist.