EP0735321B1

EP0735321B1 - Process for purification of noxious exhaust gases by chemical conversion

Info

Publication number: EP0735321B1
Application number: EP96102122A
Authority: EP
Inventors: Horst Dr. Reichardt; Lothar Dipl.-Ing. Ritter; Günter Dipl.-Ing. Firkert; Lutz Dipl.-Phys. Labs; Konrad Dipl.-Phys. Gehmlich; Gerold Hofmann; Michael Dipl-Ing. Hentrich; Wido Wiesenberg
Original assignee: Das-Duennschicht Anlagen Systeme Dresden GmbH; Das Duennschicht Anlagen Systeme GmbH
Current assignee: Das-Duennschicht Anlagen Systeme Dresden GmbH; Das Duennschicht Anlagen Systeme GmbH
Priority date: 1995-03-30
Filing date: 1996-02-14
Publication date: 2000-04-12
Anticipated expiration: 2016-02-14
Also published as: DE19511644A1; EP0735321A2; EP0735321A3; DE59604931D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von schadstoffhaltigen Abgasen durch chemische Umsetzung in einer Brennkammer. Ein solches Verfahren ist aus Dokument EP-A-0 285 458 schon bekannt.The invention relates to a method for cleaning pollutants Exhaust gases through chemical conversion in a combustion chamber. Such a procedure is over Document EP-A-0 285 458 already known.

In technischen Anlagen, insbesondere in Anlagen zur chemischen Dampfphasenabscheidung und zum Abtragen oder Abscheiden von Material durch Plasmaprozesse fallen schadstoffhaltige Abgase an. Diese Abgase enthalten u.a. fluorhaltige Kohlenwasserstoffe oder andere Fluorverbindungen. Im allgemeinen sind inerte Gase, wie Argon oder Stickstoff, Hauptbestandteile der Abgase. Diese Abgase sind wegen des hohen Anteils an derartigen Gasen selbst meist nicht brennbar. Die Schadstoffe oder deren Reaktionsprodukte wirken toxisch bzw. fördern aufgrund ihrer schädlichen Wirkung in der Atmossphäre die Ozonzerstörung und den Treibhauseffekt.In technical plants, in particular in plants for chemical vapor deposition and to remove or separate material by plasma processes fall contaminated Exhaust gases. These exhaust gases include fluorine-containing hydrocarbons or others Fluorine compounds. In general, inert gases such as argon or nitrogen are Main components of the exhaust gases. These exhaust gases are because of the high proportion of such gases mostly not flammable. The pollutants or their reaction products are toxic or promote ozone depletion due to their harmful effects in the atmosphere Greenhouse effect.

Zur Abgasreinigung sind eine ganze Reihe von Verfahren bekannt. Sehr häufig erfolgt die Reinigung durch Sorption der Schadstoffe aus dem Abgas, z.B. in oxidierender wässriger Lösung (DE 3342816).
Schadstoffe, die auf diese Weise nicht oder wenig effizient sorbiert werden, können durch Verfahren der chemischen Umsetzung, z.B. thermische Zersetzung (EP-A-0384803) durch Aufheizen oder durch Verbrennen in sauerstoffhaltiger Umgebung (US 5183 646), umgewandelt werden. Geschieht dies durch Verbrennen, müssen Abgase mit hohem Inertgasanteil in eine Brenngasflamme, z.B. aus einem Erdgas- oder Wasserstoff-/Sauerstoffgemisch, eingeführt werden. Schädliche Sekundärprodukte der Umwandlung werden anschließend, z.B durch Sorptions- oder Waschprozesse, aus dem Abgas beseitigt.A whole series of methods are known for exhaust gas purification. The cleaning is very often carried out by sorption of the pollutants from the exhaust gas, for example in oxidizing aqueous solution (DE 3342816).
Pollutants that are not sorbed in this way or are not efficiently treated can be converted by chemical conversion processes, for example thermal decomposition (EP-A-0384803) by heating or by burning in an oxygen-containing environment (US Pat. No. 5,183,646). If this is done by burning, exhaust gases with a high proportion of inert gas have to be introduced into a combustion gas flame, for example from a natural gas or hydrogen / oxygen mixture. Harmful secondary products of the conversion are then removed from the exhaust gas, for example by sorption or washing processes.

Bei der Abgasreinigung handelt es sich in der Regel um einen mehrstufigen Prozeß, bei dem Teilprozesse, wie thermische Zersetzung oder Oxidation, Kühlung, Sorption , Hydrolyse und Auswaschen fester Reaktionsprodukte ablaufen (EP-A-0347753). Dazu wird das Abgas nacheinander z.B. durch eine Einrichtung mit einer Brennkammer und mindestens eine weitere Einrichtung, z.B. eine solche, die nach dem Waschprinzip wirkt, geleitet. Es sind auch Einrichtungen zur Reinigung von Abgas vorgeschlagen worden, bei denen das Abgas nacheinander durch eine Brennkammer zur Verbrennung der Schadstoffe und eine Waschkammer geleitet wird, die konstruktiv zu einer Einheit zusammengefaßt sind (EP-A-0347753). Exhaust gas cleaning is usually a multi-stage process in which Subprocesses such as thermal decomposition or oxidation, cooling, sorption, hydrolysis and Wash out solid reaction products (EP-A-0347753). This is the exhaust gas one after the other e.g. by a device with a combustion chamber and at least one other Establishment, e.g. one that works according to the washing principle. They are too Devices for purifying exhaust gas have been proposed in which the exhaust gas is sequential is passed through a combustion chamber for burning the pollutants and a washing chamber, which are structurally combined into one unit (EP-A-0347753).

Ein Nachteil solcher Verfahren und Einrichtungen mit thermischer Zersetzung der Schadstoffe in einer Brennkammer und mit einer Waschkammer sind die thermische und elektrolytische Korrosion der Wandflächen und anderer Teile, insbesondere der Brennkammer unter der Wirkung gasförmiger Reaktionsprodukte der Verbrennung. Kritisch erhöht wird diese Korrosion durch die hohe Temperatur der verbrannten Brenngasmischung und Abgase, insbesondere wenn diese z.B. Halogenwasserstoffe, wie z.B. HF, und Wasserdampf enthalten.A disadvantage of such methods and devices with thermal decomposition of the pollutants in a combustion chamber and a washing chamber are the thermal and electrolytic Corrosion of the wall surfaces and other parts, especially the combustion chamber under the effect gaseous reaction products of combustion. This corrosion is critically increased by the high temperature of the burned fuel gas mixture and exhaust gases, especially if these e.g. Hydrogen halides, e.g. HF, and water vapor included.

Diesen Nachteil kann man eliminieren, wenn in einer einzigen Reaktionskammer Teilprozesse der Reinigung kombiniert zur Wirkung gebracht werden,in dem das verbrannte Abgas durch eine feinverteilte Flüssigkeit (Sorptions- bzw. Kühlmittel) geführt wird oder mit einem solchen Flüssigkeitsfilm an den Wandflächen der Brennkammer in Kontakt gebracht wird (DE 43 200 44). Die beiden zuletzt genannten Lösungen haben jedoch eine geringe Effizienz in Ihrer Reinigungswirkung , wenn man sie für Abgase mit fluorierten Kohlenwasserstoffen und mit anderen Fluorverbindungen anwendet. Bei vertretbarem Verbrauch von Brenngas enthalten die gereinigten Abgase noch kritisch hohe Anteile an Schadstoffen. Die Kühlung der Reaktorwände verringert zwar deren Korrosion, führt aber eher zur Verschlechterung der Effizienz der Reinigung. Eine Verbesserung der Effizienz der Reinigung in Richtung eines niedrigen Schadstoffgehaltes im gereinigten Abgas, kann zwar in gewissem Umfang durch Erhöhung der Brenngasmenge relativ zu Menge des zugeführten Abgases erzielt werden, jedoch ist dieser Weg wegen des erhöhten Brenngasverbrauches mit einer kritischen Verschlechterung der Ökonomie der Abgasreinigung verbunden.This disadvantage can be eliminated if subprocesses of the in a single reaction chamber Combination can be brought into effect in which the burned exhaust gas through a finely divided liquid (sorbent or coolant) is carried or with such Liquid film is brought into contact on the wall surfaces of the combustion chamber (DE 43 200 44). However, the latter two solutions have a low efficiency in yours Cleaning effect when used for exhaust gases with fluorinated hydrocarbons and other fluorine compounds. If the consumption of fuel gas is reasonable, they contain cleaned exhaust gases still critically high levels of pollutants. The cooling of the reactor walls reduces their corrosion, but rather leads to a deterioration in the efficiency of the Cleaning. An improvement in cleaning efficiency towards a low Pollutant content in the cleaned exhaust gas, can to a certain extent by increasing the The amount of fuel gas can be achieved relative to the amount of exhaust gas supplied, however, this is the way because of the increased fuel gas consumption with a critical deterioration in the economy of the Exhaust gas cleaning connected.

Da in der Brenngasflamme mit Abgaszufuhr im allgemeinen mehrere Reaktionen ablaufen, deren wichtigste Ergebnisse die Verbrennung des Brenngases (z.B. Erdgas oder Wasserstoff) unter der Einwirkung des mit zugeführten Sauerstoffes zum Zwecke der thermischen Aktivierung der Schadgase und die chemische Umsetzung der Schadgase in hydrolisierbare und absorbierbare bzw. unschädliche Verbindungen sind, ist aufgrund der Reaktionskinetik nicht zu erwarten, daß die gewünschte Umsetzung des Schadgases vollständig erfolgt. Dies gilt insbesondere auch, wenn alle Reaktanden (Brenngas, Sauerstoff und Schadgas) im stöchiometrischen Verhältnis zugeführt werden. Infolge des Inertgasanteiles im Schadgas wird die Reaktionskinetik ungünstig beeinflußt und damit die Umsetzung des Schadgases anteilmäßig weiter verringert.Since there are generally several reactions in the fuel gas flame with exhaust gas supply, their most important results the combustion of the fuel gas (e.g. natural gas or hydrogen) under the Action of the oxygen supplied for the purpose of thermal activation of the Harmful gases and the chemical conversion of the harmful gases into hydrolyzable and absorbable or are harmless compounds, it is not to be expected due to the reaction kinetics that the desired conversion of the harmful gas is carried out completely. This is especially true if everyone Reactants (fuel gas, oxygen and harmful gas) are supplied in a stoichiometric ratio become. As a result of the proportion of inert gas in the harmful gas, the reaction kinetics are adversely affected and thus the proportionate implementation of the harmful gas is further reduced.

Eine Erhöhung des Brenngasanteiles im Brenngasgemisch ( EP-A-0347 753 ) gegenüber dem stöchiometrischen Verhältnis für alle zugeführten Reaktanden, verbessert zwar die Schadstoffumsetzung, insbesondere bei fluorhaltigen Kohlenwasserstoffen, führt jedoch zum Ausstoß unverbrannter, auch schädlicher Brenngase aus der Reinigungsanlage. Eine Erhöhung des Sauerstoffanteils im Brenngasgemisch gegenüber dem stöchiometrischen Verhältnis führt andererseits zur kritischen Verschlechterung der Schadstoffumsetzung für fluorhaltige Abgase und damit zu unvertretbar hohen restlichen Schadstoffanteilen im gereinigten Abgas.An increase in the proportion of fuel gas in the fuel gas mixture (EP-A-0347 753) compared to stoichiometric ratio for all reactants supplied, improves the Pollutant conversion, especially with fluorine-containing hydrocarbons, however leads to Ejection of unburned, even harmful, fuel gases from the cleaning system. An increase in Oxygen content in the fuel gas mixture leads to the stoichiometric ratio on the other hand to the critical deterioration of the pollutant conversion for fluorine-containing exhaust gases and thus to unacceptably high levels of residual pollutants in the cleaned exhaust gas.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wirksamkeit der Reinigung von Abgasen durch chemische Umsetzung in einer Brenngasflamme zu verbesern, d.h. den prozentualen Restanteil an Schadstoffen im gereinigten Abgas drastisch zu reduzieren. Außerdem besteht die Aufgabe zu sichern, daß bei der Reaktion in der Brenngasflamme entstehende Zwischenprodukte effektiv verbrannt werden. Weiterhin sollen auch keine unverbrannten Bestandteile des Brenngases im gereinigten Abgas enthalten sein. Insbesondere ist zu erreichen, daß bei der Verbrennung keine sekundären Schadstoffe entstehen und mit dem gereinigten Abgas abgegeben werden. The invention has for its object to improve the effectiveness of the purification of exhaust gases by chemical conversion in a fuel gas flame, ie to drastically reduce the percentage of residual pollutants in the cleaned exhaust gas. There is also the task of ensuring that intermediate products formed during the reaction in the fuel gas flame are effectively burned. Furthermore, no unburned constituents of the fuel gas should be contained in the cleaned exhaust gas. In particular, it can be achieved that no secondary pollutants arise during combustion and are released with the cleaned exhaust gas.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 3 gelöst. According to the invention the object is achieved by a method according to claims 1, 2 and 3 .

Das Verfahren geht davon aus, daß in einer Brennkammer mit einem Brenner zur Erzeugung einer Brenngasflamme ein Brenngasgemisch genutzt wird und daß in diese Flamme das Abgas, welches die Schadstoffe, insbesondere fluorhaltige Kohlenwasserstoffe oder andere Fluorverbindungen enthält, zugeführt wird. In der Flamme erfolgt die chemische Umsetzung der Schadstoffanteile des Abgases. Das verbrannte Abgas enthält gasförmige Reaktionsprodukte der Schadstoffe The method assumes that a fuel gas mixture is used in a combustion chamber with a burner to generate a fuel gas flame and that the exhaust gas, which contains the pollutants, in particular fluorine-containing hydrocarbons or other fluorine compounds, is fed into this flame. The chemical conversion of the pollutant components of the exhaust gas takes place in the flame. The burned exhaust gas contains gaseous reaction products of the pollutants

Erfindungsgemäß wird durch räumliche Trennung der Einspeisung von Gasen unterschiedlicher Zusammensetzung und Menge in die Brenngasflamme einerseits ein stark reduzierender Fammenbereich geschaffen, in den die zu reinigenden Abgase mit den Schadstoffen eingespeist werden, andererseits wird ein stark oxidierender Flammenbereich geschaffen. Zunächst wird eine stark reduzierende Flamme geschaffen, in dem das Brenngasgemisch aus Brenngas und Sauerstoff, z.B. Stadtgas, Erdgas oder Wasserstoff und Sauerstoff, mit einem Überschuß des Brenngases gegenüber dem, zur stöchiometrischen Verbrennung notwendigem Anteil, in den Brenner eingespeist und zur Verbrennung gebracht wird. Gegenüber dem stöchiometrischen Verhältnis des Brenngasgemisches, beispielsweise CH₄: O₂ = 1 : 2 oder H₂: O₂ = 2 : 1, die ohne Rückstand an Brenngas (CH₄ bzw. H₂) verbrennen können ,wird ein reduzierender Flammenbereich durch einen Überschuß an Wasserstoff in der Brenngasflamme erreicht, in dem im Brenngasgemisch das Verhältnis der Anteile wasserstoffhaltiger Komponenten erhöht wird, im Beispiel Veränderung der Verhältnisse in Richtung CH₄ : O₂ = 1 : 1 bzw. H₂: O₂ = 4 : 1. Die mit einem Überschuß an Brenngas betriebene Flamme erzeugt die notwendige Energie zur Aktivierung der Reaktanden und zum Aufbrechen der chemischen Bindungen. In diese Flamme wird das Abgas, in der Regel ein Gemisch aus einem inerten Gas (Argon oder Stickstoff) und dem fluorhaltigen Schadstoff, wie z.B. C₂F₆, CHF₃, SF₆, NF₃, eingebracht. In der Flamme laufen die Verbrennungsreaktionen des Brenngases (CH₄+ 2O₂→ CO₂+ 2H₂O bzw. 2H₂+ O₂→ 2H₂O) und die Reaktionen zur Umsetzung des Schadstoffes (eine mögliche Reaktion 1: 2C₂F₆+ 14H₂→ 4CH₄+ 12HF und als sekundäre Reaktion 2: 4CH₄+ 8O₂→ 4CO₂+8H₂O) parallel ab. According to the invention , by spatially separating the feed of gases of different composition and quantity into the fuel gas flame, on the one hand a strongly reducing fame area is created, into which the exhaust gases to be cleaned are fed with the pollutants, on the other hand a strongly oxidizing flame area is created. First, a strongly reducing flame is created in which the fuel gas mixture of fuel gas and oxygen, for example town gas, natural gas or hydrogen and oxygen, is fed into the burner with an excess of the fuel gas compared to the portion required for stoichiometric combustion and brought to combustion. Compared to the stoichiometric ratio of the fuel gas mixture, for example CH ₄ : O ₂ = 1: 2 or H ₂ : O ₂ = 2: 1, which can burn without residue of fuel gas (CH ₄ or H ₂ ), a reducing flame area is created by a Excess hydrogen in the fuel gas flame is reached by increasing the ratio of the proportions of hydrogen-containing components in the fuel gas mixture, in the example changing the ratios in the direction of CH ₄ : O ₂ = 1: 1 or H ₂ : O ₂ = 4: 1 Flame operated with an excess of fuel gas generates the energy required to activate the reactants and break the chemical bonds. The exhaust gas, usually a mixture of an inert gas (argon or nitrogen) and the fluorine-containing pollutant, such as C ₂ F ₆ , CHF ₃ , SF ₆ , NF ₃ , is introduced into this flame. The combustion reactions of the fuel gas (CH ₄ + 2O ₂ → CO ₂ + 2H ₂ O or 2H ₂ + O ₂ → 2H ₂ O) and the reactions to convert the pollutant (a possible reaction 1: 2C ₂ F ₆ + 14H ₂ → 4CH ₄ + 12HF and as a secondary reaction 2: 4CH ₄ + 8O ₂ → 4CO ₂ + 8H ₂ O) in parallel.

Infolge der besagten Zusammensetzung des Brenngasgemisches ist zunächst nicht nur seine Verbrennung unvollständig, sondern von den Reaktionen zur Umsetzung des Schadgases wird das Reaktionsgleichgewicht in der Brenngasflamme in Richtung der Reduktion (im angenommenen Beispiel Reaktion 1) verschoben. Ursache dafür ist der Überschuß von Wasserstoff im Reaktionsraum, so daß das Massenwirkungsgesetz in Richtung der vollständigen Umsetzung des Schadstoffes (im Beispiel C₂F₆ in HF) wirkt. Die möglichst vollständige Umsetzung des Schadstoffes ist das Ziel der Reinigung, um den prozentualen Anteil von Schadstoff im Abgas so gering wie möglich zu erzielen.As a result of the composition of the fuel gas mixture, not only is its combustion incomplete, but the reaction equilibrium in the combustion gas flame is shifted from the reactions to the conversion of the harmful gas in the direction of reduction (in the assumed example reaction 1). The reason for this is the excess of hydrogen in the reaction space, so that the law of mass action acts in the direction of the complete conversion of the pollutant (in the example C ₂ F ₆ in HF). The most complete implementation of the pollutant is the goal of cleaning in order to achieve the lowest possible percentage of pollutant in the exhaust gas.

In der reduzierend wirkenden Flamme sind aber jetzt unverbrauchtes Brenngas (im Beispiel CH₄ und H₂) und sekundäre Schadstoffe (im Beispiel CH₄ und HF) enthalten.However, the reducing flame now contains unused fuel gas (CH ₄ and H ₂ in the example) and secondary pollutants (CH ₄ and HF in the example).

Durch die räumlich getrennte Einspeisung eines Brenngasgemisches anderer Zusammensetzung in die Flamme wird neben dem reduzierenden, im Brenner primär geschaffenen Flammenbereich, ein zweiter oxidierender Flammenbereich geschaffen. Es können dazu Brenngase und Sauerstoff mit einem deutlichen Überschuß an Sauerstoff, gegenüber besagten Verhältnissen, die ohne Rückstand verbrennen können, Luft als Sauerstofflieferant oder überhaupt reiner Sauerstoff zugeführt werden.Due to the spatially separate feeding of a fuel gas mixture of different composition into the flame is lit next to the reducing flame area, which is primarily created in the burner second oxidizing flame area created. Fuel gases and oxygen can also be used a significant excess of oxygen compared to said ratios, which have no residue can burn, air supplied as an oxygen supplier or pure oxygen at all become.

Der zweite oxidierende Flammenbereich ist durch einen Überschuß an Sauerstoff charakterisiert. In ihn strömen aus dem reduzierend wirkenden Flammenbereich neben Gasen des verbrannten Brenngasgemisches (CO₂, H₂O) noch unverbrauchte Brenngasanteile (im Beispiel CH₄ und H₂ und sekundäre Schadstoffe (im Beispiel HF, CH₄), die jetzt vollständig oxidiert bzw. verbrannt werden. Die vollständige Verbrennung ist auch nach dem Massenwirkungsgesetz gegeben, da in diesem Flammenbereich ein Überschuß an Sauerstoff eingestellt ist.The second oxidizing flame area is characterized by an excess of oxygen. In addition to gases from the combusted fuel gas mixture (CO ₂ , H ₂ O), unused fuel gas components (in the example CH ₄ and H ₂ and secondary pollutants (in the example HF, CH ₄ ), which now completely oxidize or The complete combustion is also given according to the law of mass action, since an excess of oxygen is set in this flame area.

Aus dem oxidierenden Flammenbereich strömen die erhitzten inerten Bestandteile des Abgases (z.B. N₂), die inerten Verbrennungsprodukte (vorwiegend CO₂ und Wasserdampf) und die sekundären Schadstoffe (imBeispiel HF). Die sekundären Schadstoffe werden in an sich bekannter Weise durch eine Sorption oder Hydrolyse beseitigt. Im einfachsten Fall werden dazu die Verbrennungsprodukte aus der Brennkammer abgesaugt und durch eine wässerige Lösung, z.B. in einer Sprühwascheinrichtung geführt.The heated inert components of the exhaust gas (e.g. N ₂ ), the inert combustion products (mainly CO ₂ and water vapor) and the secondary pollutants (in the example HF) flow from the oxidizing flame area. The secondary pollutants are removed in a manner known per se by sorption or hydrolysis. In the simplest case, the combustion products are sucked out of the combustion chamber and passed through an aqueous solution, for example in a spray washing device.

Das Verfahren wird mit einer Einrichtung ausgeführt, die im wesentlichen aus einer vorzugsweise rotationssymmetrischen Brennkammer mit einem, in einer Stirnfläche der Brennkammer angeordneten Ringbrenner, besteht. Dem Ringbrenner wird das Brenngas und getrennt Sauerstoff oder das Brenngasgemisch zugeführt (Erdgas/Sauerstoff oder Wasserstoff/Sauerstoff). Am Brenner bildet sich die Brenngasflamme aus. Durch eine Zufuhr, vorzugsweise im Zentrum des Ringbrenners,wird das zu reinigende Abgas, mit den darin enthaltenen Schadstoffen zugeführt. Durch die zentrale Zuführ ist das Abgas allseitig von der Brenngasflamme umschlossen, eine wichtige Voraussetzung für die effektive Schadstoffumsetzung. The method is carried out with a device which essentially consists of a preferably rotationally symmetrical combustion chamber with an annular burner arranged in an end face of the combustion chamber. The fuel gas and separately oxygen or the fuel gas mixture (natural gas / oxygen or hydrogen / oxygen) are fed to the ring burner. The fuel gas flame forms on the burner. A feed, preferably in the center of the ring burner, supplies the exhaust gas to be cleaned with the pollutants contained therein. Thanks to the central feed, the flue gas is enclosed on all sides by the fuel gas flame, an important prerequisite for the effective conversion of pollutants.

Die zusätzliche Zufuhr von Brenngasgemisch erfolgt mit einem Überschuß an Sauerstoff, von Luft oder reinem Sauerstoff in einen Ringbrenner über eine oder mehrere Bohrungen oder Kanäle eines zweiten konzentrischen Ringes. Bei dem Betrieb des Brenners mit den besagten zwei konzentrischen Ringen für die Zufuhr von Brenngasgemischen mit Sauerstoffdefizit bzw, mit Sauerstoffüberschuß bildet sich über dem Brenner eine Flamme aus, mit einem stark reduzierenden Flammenbereich als Kern der Flamme über dem inneren Ring des Brenners und mit einem stark oxidierenden Flammenbereich als Mantel der Flamme über dem äußeren Ring des Brenners.The additional supply of fuel gas mixture takes place with an excess Oxygen, air or pure oxygen in a ring burner through one or more Bores or channels of a second concentric ring. When operating the burner with the said two concentric rings for the supply of fuel gas mixtures Oxygen deficit or, with an excess of oxygen, a flame forms over the burner, with a strongly reducing flame area as the core of the flame over the inner ring of the Burner and with a strongly oxidizing flame area as the jacket of the flame above the outer ring of the burner.

In einer anderen Ausführung der Einrichtung mit einem an sich bekannten Ringbrenner mit einem Ring für die Zufuhr des Brenngasgemisches mit erhöhtem Brenngasanteil und mit einer zentralen Zufuhr für das schadstoffhaltige Abgas, erfolgt die zusätzliche Zufuhr von Luft oder Sauerstoff über ein oder mehrere Einlaßkanäle in der Wand der Brennkammer im Bereich des Ringbrenners. Am Ringbrenner bildet sich eine Flamme aus, deren Kern stark reduzierend ist, da dem Ringbrenner ein Brenngasgemisch mit einem Defizit an Sauerstoff im besagten Sinne zugeführt wird. Die Flamme brennt in der Brennkammer in einem "Mantel" von Luft bzw. reinem Sauerstoff, so daß sich auch auf diese Weise um den reduzierend wirkenden Fammenbereich ein Flammenbereich ausbildet, der stark oxidierend wirkt.In another embodiment of the device with a known per se Ring burner with a ring for supplying the fuel gas mixture with an increased fuel gas content and with a central supply for the pollutant-containing exhaust gas, the additional supply of Air or oxygen through one or more inlet channels in the wall of the combustion chamber in the Area of the ring burner. A flame forms on the ring burner, the core of which is strong is reducing, since the ring burner has a fuel gas mixture with a deficit of oxygen in the said sense is supplied. The flame burns in a "mantle" in the combustion chamber Air or pure oxygen, so that it also affects the reducing effect in this way Fame area forms a flame area that has a strong oxidizing effect.

Die Absaugung an der Brennkammer, durch die die Verbrennungsprodukte abgesaugt werden, wird derart dimensioniert, daß sie über die Bohrungen oder Kanäle in der Wand die für die Verbrennung erforderliche Luftzuführ gewährleistet.The extraction at the combustion chamber, through which the combustion products are extracted, is dimensioned in such a way that it passes through the holes or channels in the wall Combustion required air supply guaranteed.

Exakter kann die zusätzliche Zufuhr von Luft oder Sauerstoff in den Flammenbereich unter Überdruck durch die Einlaßkanäle in der Wand der Brennkammer dosiert werden.The additional supply of air or oxygen into the flame area below can be more precise Overpressure can be metered through the inlet channels in the wall of the combustion chamber.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Verfahrensbeispiels und anhand der Zeichnung Fig 1 einer bevorzugten Ausführungsform der Einrichtung näher erläutert. Die Fig. 1 zeigt die Einrichtung in einem schematischen Längsschnitt. The invention is explained in more detail below with the aid of a process example and with reference to the drawing FIG. 1 of a preferred embodiment of the device . Fig. 1 shows the device in a schematic longitudinal section.

Die Einrichtung besteht im wesentlichen aus einer zylindrischen Brennkammer (1) aus einem korrosionsbeständigen Material. Sie hat 18 cm Durchmesser und ist 60 cm hoch. Im Bereich einer Stirnfläche (2) der Brennkammer (1) ist ein Ringbrenner (3) angeordnet, dem das Brenngasgemisch aus Brenngas und Sauerstoff über eine Zufuhr (4) zugeführt wird. Im Beispiel ist dieLage der Brennkammer vertikal (andere Lagen,auch schräge, sind ebenso möglich). Der Ringbrenner (3) hat einen Durchmesser von 25 mm. Über dem Ringkanal (5) bildet sich die Brenngasflamme (6) aus. Das Abgas mit den toxischen Schadstoffen wird dem Brenner (3) über die Zufuhr (7) zugeführt. Es tritt durch die Bohrung (8) zentral in die Brenngasflamme (6) ein. The device consists essentially of a cylindrical combustion chamber (1) made of a corrosion-resistant material. It is 18 cm in diameter and 60 cm high. In the area of an end face (2) of the combustion chamber (1) there is an annular burner (3) to which the fuel gas mixture of fuel gas and oxygen is fed via a feed (4). In the example, the position of the combustion chamber is vertical (other positions, also inclined, are also possible). The ring burner (3) has a diameter of 25 mm. The fuel gas flame (6) forms above the ring channel (5). The exhaust gas with the toxic pollutants is fed to the burner (3) via the feed (7). It enters the fuel gas flame (6) centrally through the bore (8).

Der Brenner (3) besitzt eine zusätzliche Zufuhr (9) für ein Brenngasgemisch anderer Zusammensetzung als die, die in die Zufuhr (4) eingelassen wird.The burner (3) has an additional feed (9) for a fuel gas mixture of others Composition than that which is admitted into the feed (4).

An der Brennkammer ist der rohrförmige Anschluß für die Absaugung (14 ), durch die die Verbrennungsgase entweder in den Abluftkanal oder in Einrichtungen zur Durchführung weiterer Teilprozesse einer mehrstufigen Abgasreinigung überführt werden.On the combustion chamber is the tubular connection for the suction (14) through which the Combustion gases either in the exhaust duct or in facilities for carrying out further Sub-processes of a multi-stage exhaust gas cleaning are transferred.

Die Einrichtung wird komplettiert durch eine Zündelektrode für das Brenngasgemisch und durch einen Monitor (15), der Sensorsignale zur optimalen Steuerung der Einrichtung zur Abgasreinigung liefert.The device is completed by an ignition electrode for the fuel gas mixture and by a monitor (15), the sensor signals for optimal control of the device for Exhaust gas cleaning supplies.

Beispiel für die Ausführung des Verfahrens:Example of the execution of the procedure:

In einer Plasma-Ätzanlage zum Abtragen von Siliziumoxidschichten auf Siliziumscheiben fallen 60 l/min Abgas an. Das Abgas besteht aus ca 58,5 l/min Stickstoff und ca 1,5 l/min C₂F₆ als Schadstoff. Das Abgas wird der Reinigungseinrichtung durch eine Abgasleitung zugeführt. In der Brennkammer (1) werden dem inneren Ring (5) des Ringbrenners (3) 9 l/min H₂ und 9 l/min O₂ zugeführt. Dem äußeren Ring (10) des Ringbrenners (3) werden zusätzlich 3 l/min CH₄ und 15 l/min O₂ zugeführt. Der sich über dem Ringspalt (5) ausbildende Flammenbereich (11) der Flamme (6) ist stark reduzierend In diesen stark reduzierenden Flammenbereich (11), wird das zu reinigende Abgas, daß als hauptsächlichen Schadstoff Fluorkohlenwasserstoff C₂F₆ enthält, durch die Bohrung (8) eingelassen.In diesem reduzierenden Flammenbereich (11) wird der Schadstoff praktisch vollständig in CH₄ und HF umgesetzt. Die Flammtemperatur liegt im Bereich von 1200 bis 1400°C.In a plasma etching system for removing silicon oxide layers on silicon wafers, 60 l / min of exhaust gas are produced. The exhaust gas consists of approx. 58.5 l / min nitrogen and approx. 1.5 l / min C ₂ F ₆ as a pollutant. The exhaust gas is fed to the cleaning device through an exhaust pipe. 9 l / min H ₂ and 9 l / min O _{2 are} fed into the inner ring (5) of the ring burner (3) in the combustion chamber (1). 3 l / min CH ₄ and 15 l / min O ₂ are additionally fed to the outer ring (10) of the ring burner (3). Of which forms above the annular gap (5) flame region (11) of the flame (6) highly reducing in these strongly reducing flame zone (11), the gas to be cleaned, that contains as the main pollutant fluorocarbon C ₂ F _6, through the bore (8) In this reducing flame area (11) the pollutant is converted almost completely into CH ₄ and HF. The flame temperature is in the range from 1200 to 1400 ° C.

Der sich am Ringspalt (10) ausbildende Flammenbereich (12), der den Flammenbereich (11) wie einen Mantel umhüllt, ist stark oxidierend. Die hier vorzugsweise ablaufende Reaktionen sind die Verbrennung von CH₄ zu CO₂ und Wasserdampf und von H₂ zu Wasserdampf. Die etwa 1000°C heißen verbrannten Gasgemische über der Flamme strömen in Pfeilrichtung (13) senkrecht vom Brenner (3) in Richtung der Absaugung (14), von dort werden sie einer an sich bekannten Wascheinrichtung zugeführt,in der das Gas auf unter 50°C abgekühlt wird. Der HF-Anteil Anteil wird hydrolisiert. Das Gas wird wird gereinigt, d.h. praktisch schadstoffrei, an die Umgebung abgegeben. Es wird eine Reduzierung des Schadstoffgehalts mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abgasreinigung auf weniger als 1% erreicht, infolgedessen gelangt ein Gas mit weniger als 15 ppm Schadstoff in die Abluft.The flame region (12) which forms at the annular gap (10) and which envelops the flame region (11) like a jacket is strongly oxidizing. The reactions that preferably take place here are the combustion of CH ₄ to CO ₂ and water vapor and of H ₂ to water vapor. The approximately 1000 ° C hot burned gas mixtures over the flame flow in the direction of arrow (13) perpendicularly from the burner (3) in the direction of the suction (14), from there they are fed to a washing device known per se, in which the gas is below 50 ° C is cooled. The HF portion is hydrolyzed. The gas is cleaned, ie practically free of pollutants, released into the environment. The pollutant content is reduced to less than 1% by means of the exhaust gas purification method according to the invention, as a result of which a gas with less than 15 ppm of pollutant enters the exhaust air.

Claims

Process for the purification of noxious exhaust gases, in particular with fluorine-containing hydrocarbons and other fluorine compounds, by chemical conversion in a combustion chamber with a burner for the generation of a flame of combustible gas, characterized in that by physical separation of the feed of gases of varying composition and quantity into the flame of combustible gas, on the one hand a chemically strongly reducing flame zone is created, into which the exhaust gases to be purified are fed, and on the other hand a strongly oxidizing flame zone is created, where the exhaust gases arrive after streaming through the reducing flame zone.
Process according to claim 1, characterized in that the reducing flame zone is produced by the supply of a combustible gas and oxygen or a mixture of combustible gas with an excess of hydrogen and in that the oxidizing flame zone is produced by the additional supply of a mixture of combustible gas with an excess of oxygen, of pure oxygen or of air into the flame.
Process according to claim 1 and 2, characterized in that noxious reaction products of the combustion in the said two flame zones are eliminated by subsequent sorption and/or hydrolysis.