EP1517084B1 - Einlasselement an einer Entsorgungseinrichtung für Schadstoffe enthaltende Prozessabgase - Google Patents

Einlasselement an einer Entsorgungseinrichtung für Schadstoffe enthaltende Prozessabgase Download PDF

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EP1517084B1
EP1517084B1 EP04021023A EP04021023A EP1517084B1 EP 1517084 B1 EP1517084 B1 EP 1517084B1 EP 04021023 A EP04021023 A EP 04021023A EP 04021023 A EP04021023 A EP 04021023A EP 1517084 B1 EP1517084 B1 EP 1517084B1
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wall element
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Wido Wiesenberg
Ralph Wiesenberg
Tilmann Ritter
Andreas Dr. Frenzel
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Das - Duennschicht Anlagen Systeme GmbH
Das Duennschicht Anlagen Systeme GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
    • F23G7/06—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L7/00—Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L2900/00—Special arrangements for supplying or treating air or oxidant for combustion; Injecting inert gas, water or steam into the combustion chamber
    • F23L2900/07002—Injecting inert gas, other than steam or evaporated water, into the combustion chambers

Definitions

  • the invention relates to inlet elements at disposal facilities for pollutants containing process gases. It is particularly applicable to process waste disposal facilities used in a variety of technologies where surface modifications and coatings are made.
  • process emissions generated by semiconductor device manufacturing involve a wide variety of toxic substances.
  • the US 6,494,944 relates to an apparatus and a method for the controlled thermal aftertreatment of exhaust gases containing pollutants.
  • DE 102 44 893 A1 discloses an inlet member at a pollutant disposal apparatus having a porous, gas-permeable wall member through which cathode exhaust gas of a fuel cell is supplied into the anode exhaust gas-carrying interior of the inlet member.
  • the inlet element according to the invention at a disposal facility for pollutants-containing process exhaust gas in this case has a porous and gas-permeable wall element, via which an inert gas in the process exhaust gas inside the inlet member 1 can be fed.
  • the feeding of the guided through the wall element inert gas can be effected via a gas space which surrounds the wall element.
  • the respective length of the wall element in the flow direction of the process exhaust gas should be at least twice as large as the inner diameter or a surface diagonal the free cross-section of the inlet element, through which the process exhaust gas flows into the respective disposal device, be.
  • the wall member may be suitably formed of a sintered material, which may be a metal (e.g., stainless steel), plastic (e.g., polyethylene), or a ceramic.
  • a gas pressure which is greater than the pressure of the process exhaust gas within the inlet element should be set within the already mentioned gas space, so that inert gas, preferably nitrogen, can flow through the wall element into the interior of the inlet element.
  • the wall element should be designed in its permeability so that at a slightly elevated pressure in the gas space addressed a uniform flow of the inert gas through the wall and in the interior of the inlet member away from the wall can be achieved. This is preferably achieved by using sintered materials with a pore size of 1 to 10 ⁇ m for the wall elements.
  • FIG. 1 is shown in schematic form and a sectional view of an example of an inlet element 1 at a disposal facility.
  • pollutants-containing process exhaust gas as indicated by the large arrow, through the inlet member 1, which is arranged directly on the respective disposal device, this supplied.
  • a porous and gas-permeable wall element 2 is present.
  • the wall element 2 is surrounded on the outside by a closed gas space 3, into the nitrogen as a suitable inert gas, as with the small arrow in FIG. 1 indicated, is introduced.
  • the wall element 2 Due to the slightly increased pressure of the inert gas in the gas space 3, the wall element 2 is flowed through by the nitrogen and then passes with the process exhaust gas in the disposal facility, of which a chamber wall 4 only schematically in the FIGS. 1 and 2 is indicated.
  • the wall element 2 may be formed as a hollow cylinder, with a circular cross-section.
  • the gas space 3 in turn can be designed in the form of an annular channel around such a hollow cylinder or else a wall element 2 designed with a different cross-sectional shape.
  • a wall element 2 may also have a rectangular or square cross-section.
  • the respective edges should be rounded inside and outside to ensure a constant wall thickness of the wall element 2.
  • a constant wall thickness should, however, also be maintained in the case of wall elements 2 designed as hollow cylinders in order to be able to maintain equal flow resistances on the entire wall element 2, so that a uniform flow of the inert gas through the wall element 2 can be achieved.
  • Such an embodiment of an inlet element 1 can preferably be used on a thermal disposal device for process exhaust gases.
  • the wall element 2 has an additional end-side likewise gas-permeable termination 2 "in the direction of the disposal device.
  • FIG. 2 is the end-side termination 2 '' of the wall element 2 orthogonal to the flow direction of the process exhaust gas and accordingly also aligned with the longitudinal axis of the inlet element 1.
  • a part of the wall element 2 and the end-side termination 2 '' form a right angle.
  • FIG. 2 clearly shows, the wall element 2 was formed in the edge transition region 2 'with reduced wall thickness, so that constant flow resistance conditions can be maintained even in this critical area.
  • an entire wall element 2 or only the end-side termination 2 "in the flow direction of the process exhaust gas can be designed to widen conically.
  • a wall element 2 may also have been formed with an end-side termination 2 "which forms a convex curvature pointing into the interior of the disposal device.
  • FIG. 2 can be seen, an inlet element 1 and / or a front-side termination 2 '' of a wall element 2 flush with the respective disposal facility.

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Description

  • Die Erfindung betrifft Einlasselemente an Entsorgungseinrichtungen für Schadstoffe enthaltende Prozessabgase. Sie ist insbesondere an Entsorgungseinrichtungen für Prozessabgase, die bei unterschiedlichsten Technologien zum Einsatz kommen, bei denen Oberflächenmodifizierungen und Beschichtungen vorgenommen werden.
  • So beinhalten Prozessabgase, die bei der Halbleiterelementeherstellung anfallen, die unterschiedlichsten toxischen Stoffe.
  • Bevor solche Prozessabgase an die Umwelt abgegeben werden können, ist eine entsprechende Nachbehandlung in unterschiedlichen Entsorgungseinrichtungen erforderlich. So kann eine Wäsche oder eine thermische Nachbehandlung durchgeführt werden.
  • Üblicherweise werden Prozessabgase unter Nutzung von Vakuumpumpen aus den jeweiligen Prozessanlagen abgesaugt. Es ist aber ebenfalls üblich, Prozessabgase bei atmosphärischem Druck mit einem Trägergasstrom, beispielsweise Wasserstoff oder Stickstoff Entsorgungseinrichtungen zuzuführen.
  • Bei den bekannten Lösungen treten aber Probleme bei der Einleitung der Prozessabgase in eine Entsorgungseinrichtung dadurch auf, dass reaktive Komponenten im Übergangsbereich der Prozessabgasleitung zur Entsorgungseinrichtung mit dort eingedrungener Feuchte oder Sauerstoff reagieren und es zu Ablagerungen auf der Innenwandung im entsprechenden Einlassbereich kommt.
  • Um diesen Anhaftungen und chemischen Reaktionen auf den Wandungen entgegen zu wirken, wurde z.B. eine Spülung mit einem inerten Gas vorgesehen.
  • So wurde ein solches inertes Gas als parallele Strömung zur Wandfläche über eine erhöhte Anzahl von Düsen oder einen Ringspalt zugeführt. Mit einer solchen Spülgasströmung konnte aber nicht vollständig verhindert werden, dass Sauerstoff, Wasser und andere reaktive Stoffe aus der Entsorgungseinrichtung in den Einlassbereich des Prozessabgases gelangen konnten. Dies ist auch der nicht zu vermeidenden turbulenten Strömung im Übergangsbereich geschuldet.
  • Mit solchen Spülgasströmungen ist es ebenfalls nicht möglich das Kriechen von Feuchtigkeit entlang der Oberfläche im Einlassbereich zu vermeiden.
  • Mit den Spülgasströmungen kann auch die Diffusion reaktiver im Prozessabgas enthaltener Komponenten zur Wandung hin ebenfalls nicht vollständig unterbunden werden.
  • Aus EP 1 143 197 A1 ist eine Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen bekannt, bei der die Nachbehandlung mit einem Brenner thermisch erfolgt und das zu behandelnde Abgas in den Brenner eingeführt wird.
  • In US 4,208,373 ist ein rohrförmiges Einslasselement für Reaktoren für chemische Verfahren bei Hochtemperatur beschrieben.
  • Das US 6,494,944 betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur kontrollierten thermischen Nachbehandlung von Schadstoffe enthaltenden Abgasen.
  • DE 102 44 893 A1 offenbart ein Einlasselement an einer Entsorgungseinrichtung für Schadstoffe, mit einem porösen, gas-permeablen Wandelement, über das Kathodenabgas einer Brennstoffzelle in das das Anodenabgas führende Innere des Einlasselementes zugeführt wird.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit zu schaffen, mit der einfach, kostengünstig Reaktionen und Anhaftungen im Einlassbereich für Prozessabgase an Entsorgungseinrichtungen vermieden werden können.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Einlasselement, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung können mit den in den untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht werden.
  • Das erfindungsgemäße Einlasselement an einer Entsorgungseinrichtung für Schadstoffe enthaltende Prozessabgase weist dabei ein poröses und gaspermeables Wandelement auf, über das ein inertes Gas in das Prozessabgas führende Innere des Einlasselementes 1 zuführbar ist.
  • Dadurch können die im einleitenden Teil der Beschreibung erwähnten Nachteile im kritischen Übergangsbereich der Prozessabgasleitung zur jeweiligen Entsorgungseinrichtung vermieden werden.
  • Die Zuführung des durch das Wandelement geführten inerten Gases kann über einen Gasraum erfolgen, der das Wandelement umschließt.
  • Die jeweilige Länge des Wandelementes in Strömungsrichtung des Prozessabgases sollte mindestens doppelt so groß, wie der Innendurchmesser oder eine Flächendiagonale des freien Querschnitts des Einlasselementes, durch das das Prozessabgas in die jeweilige Entsorgungseinrichtung einströmt, sein.
  • Das Wandelement kann in geeigneter Form aus einem gesinterten Werkstoff hergestellt worden sein, wobei es sich um ein Metall (z.B. Edelstahl), Kunststoff (z.B. Polyethylen) oder eine Keramik handeln kann.
  • Beim Betrieb einer Entsorgungseinrichtung sollte innerhalb des bereits angesprochenen Gasraumes ein Gasdruck eingestellt worden sein, der größer als der Druck des Prozessabgases innerhalb des Einlasselementes ist, so dass inertes Gas, bevorzugt Stickstoff, durch das Wandelement in das Innere des Einlasselementes strömen kann.
  • Das Wandelement sollte dabei in seiner Permeabilität so ausgebildet sein, dass bei einem leicht erhöhten Druck im angesprochenen Gasraum eine gleichmäßige Strömung des inerten Gases durch die Wandung und im Inneren des Einlasselementes von der Wandung weg erreicht werden kann. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass Sinterwerkstoffe mit einer Porengröße von 1 bis 10 µm für die Wandelemente verwendet werden.
  • Mit einem erfindungsgemäßen Einlasselement können sowohl das unerwünschte Kriechen von Feuchtigkeit an der inneren Wandung, wie auch unerwünschte kritische chemische Reaktionen im Übergangsbereich sicher vermieden werden, wobei dies bereits mit im Vergleich zu den bisher bekannten Lösungen kleinen erforderlichen Volumenströmen von zugeführtem inerten Gas erreichbar ist.
  • Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.
  • Dabei zeigen:
    • Figur 1
    ein Beispiel eines Einlasselementes in schematischer Form an einer Entsorgungseinrichtung und
    Figur 2
    ein erfindungsgemäßes Beispiel eines Einlasselementes mit vom Beispiel nach Figur 1 abweichender Gestaltung eines Wandelementes.
  • In Figur 1 ist in schematischer Form und einer Schnittdarstellung ein Beispiel eines Einlasselementes 1 an einer Entsorgungseinrichtung dargestellt.
  • Dabei wird Schadstoffe enthaltendes Prozessabgas, wie mit dem großen Pfeil angedeutet, durch das Einlasselement 1, das unmittelbar an der jeweiligen Entsorgungseinrichtung angeordnet ist, dieser zugeführt.
  • Am Einlasselement 1 ist ein poröses und gaspermeables Wandelement 2 vorhanden.
  • Das Wandelement 2 ist außen von einem geschlossenen Gasraum 3 umschlossen, in den Stickstoff als geeignetes inertes Gas, wie mit dem kleinen Pfeil in Figur 1 angedeutet, eingeführt wird.
  • Durch den geringfügig erhöhten Druck des inerten Gases im Gasraum 3 wird das Wandelement 2 vom Stickstoff durchströmt und gelangt mit dem Prozessabgas dann in die Entsorgungseinrichtung, von der eine Kammerwand 4 lediglich schematisch in den Figuren 1 und 2 angedeutet ist.
  • Das Wandelement 2 kann als Hohlzylinder, mit kreisförmigen Querschnitt ausgebildet sein.
  • Der Gasraum 3 wiederum kann in Form eines Ringkanals um einen solchen Hohlzylinder oder auch ein mit einer anderen Querschnittsform ausgeführtes Wandelement 2 ausgebildet werden.
  • So kann ein Wandelement 2 auch einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweisen.
  • Dabei sollten die jeweiligen Kanten innen und außen abgerundet sein, um eine konstante Wandstärke des Wandelementes 2 zu gewährleisten.
  • Eine konstante Wandstärke sollte aber auch bei als Hohlzylinder ausgebildeten Wandelementen 2 eingehalten werden, um am gesamten Wandelement 2 gleiche Strömungswiderstände einhalten zu können, so dass eine gleichmäßige Strömung des inerten Gases durch das Wandelement 2 erreichbar wird.
  • Eine solche Ausführung eines Einlasselementes 1 kann bevorzugt an einer thermischen Entsorgungseinrichtung für Prozessabgase eingesetzt werden.
  • Bei dem in Figur 2 gezeigten Beispiel weist das Wandelement 2 einen zusätzlichen stirnseitigen ebenfalls gaspermeablen Abschluss 2'' in Richtung auf die Entsorgungseinrichtung auf.
  • Beim Beispiel nach Figur 2 ist der stirnseitige Abschluss 2'' des Wandelementes 2 orthogonal zur Strömungsrichtung des Prozessabgases und dementsprechend auch zur Längsachse des Einlasselementes 1 ausgerichtet.
  • Dabei bilden ein Teil des Wandelementes 2 und der stirnseitige Abschluss 2'' einen rechten Winkel.
  • Wie aus Figur 2 deutlich hervorgeht, wurde das Wandelement 2 im Kantenübergangsbereich 2' mit reduzierter Wandstärke ausgebildet, so dass konstante Strömungswiderstandsverhältnisse auch in diesem kritischen Bereich eingehalten werden können.
  • Dieser Sachverhalt kann aber auch allein oder zusätzlich durch eine entsprechend angepasste erhöhte Porosität im Kantenübergangsbereich 2' berücksichtigt worden sein.
  • In nicht dargestellter Form kann ein gesamtes Wandelement 2 oder lediglich der stirnseitige Abschluss 2'' in Strömungsrichtung des Prozessabgases sich konisch erweiternd ausgebildet sein.
  • Es kann also quasi eine Trichterform realisiert werden.
  • In ebenfalls nicht dargestellter Form kann ein Wandelement 2 auch mit einem stirnseitigen Abschluss 2'' ausgebildet worden sein, der eine in das Innere der Entsorgungseinrichtung weisende konvexe Wölbung bildet.
  • Wie insbesondere Figur 2 zu entnehmen ist, kann ein Einlasselement 1 und/oder ein stirnseitiger Abschluss 2'' eines Wandelementes 2 mit der jeweiligen Entsorgungseinrichtung bündig abschließen.

Claims (11)

  1. Einlasselement an einer Entsorgungseinrichtung für Schadstoffe enthaltende Prozessabgase, bei dem am Einlasselement (1) ein poröses, gaspermeables Wandelement (2) vorhanden ist, über das ein inertes Gas in das Prozessabgas führende Innere des Einlasselementes (1) zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass am Wandelement (2) ein in Richtung auf die Entsorgungseinrichtung weisender stirnseitiger gaspermeabler Abschluss (2") vorhanden ist.
  2. Einlasselement nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Wandelement (2) von einem Gasraum (3), über den inertes Gas zuführbar ist, umschlossen ist.
  3. Einlasselement nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Wandelementes (2) mindestens doppelt so groß ist, wie der Innendurchmesser oder eine Flächendiagonale des freien Querschnitts des Einlasselementes (1).
  4. Einlasselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandelement (2) in Form eines Hohlzylinders und der Gasraum (3) als Ringkanal ausgebildet sind.
  5. Einlasselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandelement (2) einen kreisförmigen, quadratischen oder rechteckigen Querschnitt aufweist.
  6. Einlasselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandelement (2) aus einem gesinterten Werkstoff hergestellt ist.
  7. Einlasselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der stirnseitige Abschluss (2'') orthogonal zur Längsachse des Einlasselementes (1) ausgerichtet ist.
  8. Einlasselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Kantenübergangsbereich (2') zum stirnseitigen Abschluss (2") des Wandelementes (2) eine reduzierte Wandstärke und/oder eine erhöhte Permeabilität vorhanden ist.
  9. Einlasselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandelement (2) oder der stirnseitige Abschluss (2") in Strömungsrichtung des Prozessabgases sich konisch erweiternd ausgebildet ist.
  10. Einlasselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Gasraum (3) ein Gasdruck oberhalb des im Inneren des Einlasselementes (1) auftretenden Prozessabgasdruckes eingestellt ist.
  11. Einlasselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlasselement (1) und/oder der stirnseitige Abschluss (2") bündig mit der Entsorgungseinrichtung abschließt.
EP04021023A 2003-09-12 2004-09-03 Einlasselement an einer Entsorgungseinrichtung für Schadstoffe enthaltende Prozessabgase Not-in-force EP1517084B1 (de)

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