ES2303269T3 - Disposicion para la purificacion de gases toxicos de procesos de produccion. - Google Patents
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Abstract
Disposición para la purificación de gases tóxicos de procesos de producción a través de conversión térmica en una cámara de reactor y tratamiento siguiente de los productos de reacción con un medio de absorción en una instalación de lavar para la ligazón de productos de reacción solubles en agua y para la eliminación por aclarado de productos de reacción sólidos, caracterizada porque la cámara de reactor (1) está constituida por una pared exterior y una pared interior (2, 3), en la que la pared interior (3) se estrecha hacia abajo en forma de embudo en un ángulo predeterminado, porque sobre la cámara de reactor (1) comprende una instalación, que cierra dicha cámara hacia arriba, para el tratamiento térmico de los gases tóxicos, porque la pared interior (3) de la cámara de reactor (1) que se estrecha hacia abajo presenta sobre el lado interior una película de agua (4) que circula de una manera uniforme hacia abajo, en la que la pared interior de la cámara de reactor (1) está rodeada en el exterior por una envolvente de agua y porque en el extremo inferior de la pared interior (3) que se estrecha cónicamente están dispuestas una salida de gases de escape (11) y una conexión para un circuito de agua.
Description
Disposición para la purificación de gases
tóxicos de procesos de producción.
La invención se refiere a una disposición para
la purificación de gases tóxicos de procesos de producción a través
de conversión térmica en una cámara de reactor y tratamiento
siguiente de los productos de reacción con un medio de absorción en
una instalación de lavar para la ligazón de productos de reacción
solubles en agua y para la eliminación por aclarado de productos de
reacción sólidos.
Tales gases tóxicos se producen en grandes
cantidades, por ejemplo, durante la fabricación de circuitos de
semiconductores y, debido a su toxicidad, no se pueden conducir sin
tratamiento al medio ambiente. Tales gases tóxicos son, por ejemplo,
HF, SiH_{2}, Cl_{2}, SiCl_{4}, NH_{3}, C_{2}F_{6},
PH_{3}, BCl_{3}, NF_{3}, etc.
Se conoce que la mayoría de estos gases de
escape de procesos de semiconductores o también de otros
procedimientos químicos se pueden volver inocuos, en general, a
través de oxidación o conversión térmica. En general, la reacción
térmica se lleva a cabo en una llama, que es alimentada con gas
natural o con hidrógeno y aire o bien oxígeno. A tal fin no es
necesaria la alimentación de otros implicados en la reacción, con la
excepción, dado el caso, de oxígeno o aire adicional. Los productos
de reacción tratados térmicamente son totalmente inocuos y o bien
están presentes en forma de gas o en forma sólida o son solubles en
agua. Los productos de reacción gaseosos, como vapor de agua o
CO_{2} se pueden conducir al medio ambiente sin otro tratamiento
posterior.
Se entiende que para la reacción térmica han
sido desarrollados ya una serie de procedimientos de combustión y de
cámaras de reacción y se han empleado en la práctica. Así, por
ejemplo, se conoce a partir del documento EP 0 346 803 B1 una
disposición para la purificación de gases de escape, que está
constituida por una cámara de reacción, en cuya parte inferior está
dispuesto un quemador, que es accionado, por una parte, con gases de
combustión, como hidrógeno y oxígeno o bien aire o gas natural y
aire, y al que se alimenta, por otra parte, el gas de escape a
purificar. El producto de reacción que se produce durante la
combustión contiene tanto componentes sólidos como también productos
de reacción solubles en agua.
Para poder eliminar totalmente estos productos
de reacción desde los gases de escape, se combinan los productos de
reacción que se generan durante la combustión inmediatamente después
de la combustión con un medio de absorción, por ejemplo agua. Esto
se realiza porque por encima de la llama del quemador está dispuesta
una instalación de pulverización para el agua, que es pulverizada en
contra de la corriente de gas ascendente de los productos de
reacción. La instalación de pulverización puede estar configurada en
este caso de tal forma que el medio de absorción pulverizado no es
pulverizado en la llama (EP 0 702 771 B1) o se dispone por encima de
la llama del quemador una instalación de protección de la inyección
(cono, cazoleta esférica o similar) y sobre esta protección de la
inyección se dispone la instalación de pulverización como se deduce
a partir del documento EP 0 346 803 B1.
El objetivo es en este caso que los productos de
reacción solubles en agua sean desprendidos desde el gas de escape
del quemador y que los componentes sólidos (por ejemplo, SiO_{2}
como producto de reacción de silano) sean eliminados por lavado
fuera de la cámara de reacción. A tal fin, de acuerdo con el
documento DE 196 00 873 A1 o también a partir del documento WO
03/085321 A1 está previsto que la cámara de reacción sea limitada
hacia arriba por una protección de la inyección y radialmente por
una pared de forma cilíndrica y que toda la disposición sea envuelta
por una pared exterior. Los productos de reacción sólidos son
aclarados hacia abajo en este caso a lo largo del lado interior de
la pared exterior, es decir, por encima de la cámara de combustión,
con el medio de absorción y sean acondicionados junto al quemador
dispuesto debajo. En este caso es un inconveniente especialmente que
la combustión debe realizarse a temperaturas relativamente altas y
que de esta manera los componentes de la cámara de combustión están
expuestos también a altas temperaturas o bien a cambios de carga de
la temperatura y de este modo se desgastan de una forma
comparativamente rápida. Otro inconveniente se puede ver en que los
productos de reacción se pueden depositar en o junto al quemador a
través de la llama que arde hacia arriba. La consecuencia es un
empeoramiento constante de la efectividad y la necesidad de procesos
de purificación más frecuentes.
Este último inconveniente ha sido eliminado en
gran medida porque la tobera del quemador ha sido dispuesta en la
parte superior de la cámara de combustión, como se deduce a partir
del documento EP 0 803 042 B1 y porque con ello la llama arde hacia
abajo. De este modo se reducen en una medida considerable las
deposiciones de productos de reacción sólidos en el quemador y, por
lo tanto, se consigue un tiempo de actividad claramente mejorado.
Pero con ello permanece sin solucionar el problema de la carga de
alta temperatura de la cámara de reacción. La consecuencia son
gastos de servicio considerables.
El documento US 5 123 836 A publica una
disposición para la purificación de gases tóxicos de procesos de
producción con una cámara de reactor, en cuya pared fluye en el lado
interior una película de agua hacia abajo. En el extremo superior de
la cámara del reactor está dispuesto un quemador para el tratamiento
térmico de los gases tóxicos. En el extremo inferior de la cámara
del reactor está prevista una salida para los gases de escape así
como del agua.
En otros procedimientos de purificación de gases
de escape, se trabaja con una llama que arde hacia arriba y con
tratamiento catalítico siguiente de los gases de escape (EP 0 736
322 B1). Sin embargo, se ha mostrado que a pesar de todo es
conveniente y necesario un tratamiento final con un medio de
absorción.
La invención tiene ahora el problema de crear
una disposición para la purificación de gases tóxicos de procesos
de producción, que consigue una purificación máxima efectiva con
alto caudal de gas y al mismo tiempo posibilita una refrigeración
muy efectiva de la cámara de reacción.
El problema en el que se basa la invención se
soluciona porque la cámara de reactor está constituida por una pared
exterior y una pared interior, en la que la pared interior se
estrecha hacia abajo en forma de embudo en un ángulo predeterminado,
porque sobre la cámara de reactor comprende una instalación, que
cierra dicha cámara hacia arriba, para el tratamiento térmico de los
gases tóxicos, porque la pared interior de la cámara de reactor que
se estrecha hacia abajo presenta sobre el lado interior una película
de agua que circula de una manera uniforme hacia abajo, en la que la
pared interior de la cámara de reactor está rodeada en el exterior
por una envolvente de agua y porque en el extremo inferior de la
pared interior que se estrecha están dispuestas una salida de gases
de escape y una conexión para un circuito de agua.
En una primera configuración de la invención, la
instalación para el tratamiento térmico de los gases de escape
tóxicos es un quemador con llama que arde hacia abajo, que penetra
hacia abajo ardiendo en la cámara del reactor.
El quemador está realizado en este caso con
preferencia como un quemador de mezcla exterior con al menos una
alimentación central para los gases de escape tóxicos a tratar.
Para conseguir un caudal lo más alto posible de
gases de escape tóxicos a tratar, están previstas varias
alimentaciones, en las que las toberas para el gas de la combustión
y las toberas para aire u oxígeno rodean las alimentaciones
centrales para el gas de escape tóxico.
En una segunda configuración de la invención, la
instalación para el tratamiento térmico de los gases de escape
tóxicos es una cámara calentada eléctricamente, en la que están
previstas varias alimentaciones para el gas de escape tóxico a
tratar.
Para la calefacción efectiva de la cámara están
previstas varias barras calefactoras dispuestas adyacentes paralelas
y que se proyectan en la cámara, que posibilitan una calefacción
uniforme del volumen de la cámara al menos en la zona de circulación
de los gases de escape tóxicos a tratar.
En un desarrollo de la invención, la pared
exterior y la pared interior están conectadas entre sí en la parte
inferior con una placa de fondo en forma de anillo circular, de tal
manera que el espacio intermedio entre la pared interior y la pared
exterior se puede llenar esencialmente de forma completa con agua,
en el que el borde superior de la pared interior está configurado
como rebosadero para el agua que se encuentra en el espacio
intermedio y de tal manera que el espacio intermedio está conectado
con una alimentación de agua.
A la alimentación de agua está asociada o bien
una instalación de regulación o una instalación de estrangulamiento
para el agua a alimentar al espacio interior.
En otro desarrollo de la invención está previsto
que la salida de gases de escape de la pared interior está conectada
con una columna de lavar dispuesta junto a la cámara de reactor y
rellena con un material de relleno, para posibilitar un tratamiento
posterior eficiente de gases de escape tóxicos tratados y para
eliminar especialmente los componentes solubles en agua fuera de los
gases de escape de la reacción.
Además, está previsto que entre la salida de los
gases de escape y la columna de lavar está dispuesta una instalación
de aclarar para los gases de escape tratados térmicamente que
abandonan la cámara interior, que está constituida al menos por una
tobera de pulverización de agua.
El chorro de pulverización de al menos una
tobera de pulverización está dirigido en este caso con preferencia
en contra de la dirección de la circulación del gas.
Otra configuración de la invención prevé que la
alimentación de agua esté constituida por un tubo vertical en el
espacio interior, presentando el tubo vertical una salida de agua a
través de la placa de fondo del espacio intermedio.
Para conseguir una redundancia, están previstas,
además, dos cámaras de reactor, cuyas salidas se pueden acoplar en
cada caso de una manera alternativa con la columna de lavar y con un
circuito de agua.
Por último, está previsto que la conexión para
el circuito de agua de cada cámara de reacción está acoplada con un
depósito de agua, que está conectado con una instalación de filtro
para productos de reacción sólidos y con una bomba para llenar el
espacio interior.
A continuación se explica en detalle la
invención en un ejemplo de realización. En las figuras
correspondientes de los dibujos:
La figura 1 muestra una representación
esquemática en sección de una cámara de reacción con quemador
colocado encima.
La figura 2 muestra un detalle A ampliado de la
figura 1.
La figura 3 muestra una representación
esquemática de la sección parcial de la cámara de reactor llena de
acuerdo con la figura 1 con alimentación de agua.
La figura 4 muestra una representación
esquemática en sección de una cámara de reactor con cámara de
reactor calentada con electricidad.
La figura 5 muestra una representación
esquemática de una disposición para la purificación de gas tóxicos
de procesos de producción con dos cámaras de reactor acopladas y con
una columna de lavar respectiva para el tratamiento posterior de los
gases de escape tóxicos tratados térmicamente.
La figura 1 muestra una representación
esquemática en sección de una disposición para la purificación de
gases tóxicos de procesos de producción con una cámara de reactor 1
que está constituida por una pared exterior y una pared interior 2,
3. La pared interior 3 se estrecha en un ángulo predeterminado en
forma de embudo hacia abajo.
A lo largo de la pared interior 3, que se
estrecha hacia abajo, de la cámara de reactor 1 fluye sobre su lado
interior una película de agua 4 uniforme hacia abajo. Esta película
de agua está indicada en la figura 1 por medio de una línea de
trazos. Para conseguirlo, entre la pared interior 3 de la cámara de
reactor 1 y la pared exterior 2 se encuentra una envolvente de agua
en el espacio intermedio 5, al que se alimenta de una manera
constante agua en una cantidad predeterminada, de manera que el agua
alimentada puede circular sobre el borde superior 6 de la pared
interior y forma la película de agua sobre el lado interior de la
pared interior 3.
A tal fin, la pared exterior y la pared interior
2, 3 están conectadas entre sí en la parte inferior con una placa de
fondo 7 en forma de anillo circular, de tal manera que el espacio
intermedio 5 entre la pared interior 3 y la pared exterior 2 se
puede llevar esencialmente de forma completa con agua, estando
configurado el borde superior 6 de la pared interior 3 como
rebosadero para el agua que se encuentra en el espacio intermedio 5
(figura 2). La alimentación del agua en el espacio intermedio 5 se
realiza a través de un tubo vertical 8, cuyo orificio de salida 9 se
encuentra por encima de la placa de fon do 7 (figura 3). El tubo
vertical 8 está conectado con un circuito de agua 10, que se
representa de forma esquemática en la figura 4. En la alimentación
de agua hacia el tubo vertical 8 puede estar asociada una
instalación de regulación para el agua a alimentar, que está
constituida en el caso más sencillo por una instalación de
estrangulamiento para el agua a alimentar.
En el extremo inferior de la pared interior 3
que se estrecha cónicamente se encuentran una salida de escape de
gases 11, que atraviesa la placa de fondo 7 y una conexión 12, que
termina en un depósito de agua 13.
Sobre la cámara del reactor 1 está dispuesta una
tapa 14 para el cierre de la cámara de combustión 1, en la que la
tapa 14 está conectada herméticamente con el canto superior de la
pared exterior 2, lo que se puede realizar a través de un cierre
rápido habitual. La tapa 14 sirve al mismo tiempo para el
alojamiento de un quemador 15 con toberas 16 dirigidas hacia la
cámara del reactor 1, de manera que se puede generar una llama que
arde hacia el interior de la cámara del reactor 1.
El quemador 15 es con preferencia un quemador de
mezcla exterior con una alimentación central para los gases de
escape tóxicos a tratar. La alimentación de los gases de escape a
tratar se lleva a cabo a través de varios conductos de alimentación
17, que están indicados de forma esquemática en la figura 1. El
quemador 15 está provisto con toberas para gas combustible, por
ejemplo hidrógeno o gas natural y con toberas para aire u oxígeno.
La alimentación de gas combustible correspondiente 16 se representa
de forma esquemática en la figura 1. Para la purificación del
orificio del quemador dentro de la cámara del reactor 1 está
dispuesta una instalación de purificación 19, que se puede activar
desde el exterior, con un rascador 20.
Con la envolvente de agua en el espacio
intermedio 5 se consigue, en general, una refrigeración intensiva
de la cámara del reactor 1, de manera que todos los componentes,
como la pared interior 3 y la pared exterior 2, apenas se cargan
térmicamente. Además, la película de agua 4 se ocupa de proporcionar
sobre el lado interior de la pared interior 3 una amortiguación
fuerte del calor de radiación de la llama. Al mismo tiempo, la
película de agua 4 impide deposiciones sobre el lado interior de la
pared interior 3 y en la conexión 12 para el depósito de agua 13 y,
en parte, también en la salida de gases de escape 11. Para el
encendido de la llama del quemador, en la tapa 14 se encuentra,
además, un quemador piloto 21.
En lugar del quemador 15 se puede colocar
también una cámara 21 calentada con electricidad con varias
alimentaciones 22 para los gases de escape tóxicos a tratar
térmicamente sobre la cámara del reactor 1 (figura 4). En la cámara
21 se encuentran varias barras calefactoras 23 dispuestas adyacentes
paralelas y que se proyectan en el interior de aquélla, las cuales
están fijados por medio de orificios de paso 24 aislantes en la
placa de cubierta 25 de la cámara 21.
Para el tratamiento siguiente de los productos
de reacción con un medio de absorción para la ligazón de productos
de reacción solubles en agua y para la eliminación por aclarado de
productos de reacción sólidos, junto a la cámara de reacción 1 se
encuentra una columna de lavar 26. A tal fin, la salida de gases de
escape 11 de la pared interior 3 está conectada con la columna de
lavar 26.
En la columna de lavar 26 se encuentra un
material de relleno 27 y varias toberas de pulverización 26, desde
las cuales se pulveriza un medio de absorción.
Para la refrigeración de los gases de escape que
abandonan la cámara del reactor 1, entre la salida de gases de
escape 11 y la columna de lavar 26 se encuentra una instalación de
refrigeración en forma de al menos una tobera de pulverización 34,
cuyo chorro de pulverización está dirigido en contra de la dirección
de la circulación del gas.
Para conseguir una cierta redundancia de la
disposición de acuerdo con la invención, se pueden prever también
dos cámaras de reactor 1, 1', cuyas salidas 11 se pueden acoplar de
una manera alternativa con la columna de lavar 26 y con el depósito
de agua 13 (figura 5). A tal fin, en los tubos de alimentación están
dispuestas unas válvulas de estrangulamiento 29, 30.
La conexión 12 para el circuito de agua de cada
cámara de reactor 1, 1' está conectada con el depósito de agua 13,
que está acoplado con una instalación de filtro 31 para productos de
reacción sólidos y con una bomba 32 para el llenado del espacio
intermedio 5. Además, el depósito de agua 13 se puede llenar a
través de una conexión de agua 33.
- 1
- Cámara del reactor
- 2
- Pared exterior
- 3
- Pared interior
- 4
- Película de agua
- 5
- Espacio intermedio
- 6
- Borde
- 7
- Placa de fondo
- 8
- Tubo vertical
- 9
- Orificio de salida
- 10
- Circuito de agua
- 11
- Salida de gases de escape
- 12
- Conexión para el depósito de agua
- 13
- Depósito de agua
- 14
- Tapa
- 15
- Quemador
- 16
- Tobera
- 17
- Alimentación para gases de escape tóxicos
- 18
- Alimentación de gas combustible
- 19
- Instalación de purificación
- 20
- Rascador
- 21
- Cámara
- 22
- Alimentación para gases de escape tóxicos
- 23
- Barra calefactora
- 24
- Orificio de paso
- 25
- Placa de cubierta
- 26
- Columna de lavar
- 27
- Material de relleno
- 28
- Tobera de pulverización
- 29
- Válvula de estrangulamiento
- 30
- Válvula de estrangulamiento
- 31
- Instalación de filtro
- 32
- Bomba
- 33
- Conexión de agua
- 34
- Tobera de pulverización
Claims (16)
1. Disposición para la purificación de gases
tóxicos de procesos de producción a través de conversión térmica en
una cámara de reactor y tratamiento siguiente de los productos de
reacción con un medio de absorción en una instalación de lavar para
la ligazón de productos de reacción solubles en agua y para la
eliminación por aclarado de productos de reacción sólidos,
caracterizada porque la cámara de reactor (1) está
constituida por una pared exterior y una pared interior (2, 3), en
la que la pared interior (3) se estrecha hacia abajo en forma de
embudo en un ángulo predeterminado, porque sobre la cámara de
reactor (1) comprende una instalación, que cierra dicha cámara hacia
arriba, para el tratamiento térmico de los gases tóxicos, porque la
pared interior (3) de la cámara de reactor (1) que se estrecha hacia
abajo presenta sobre el lado interior una película de agua (4) que
circula de una manera uniforme hacia abajo, en la que la pared
interior de la cámara de reactor (1) está rodeada en el exterior por
una envolvente de agua y porque en el extremo inferior de la pared
interior (3) que se estrecha cónicamente están dispuestas una salida
de gases de escape (11) y una conexión para un circuito de agua.
2. Disposición de acuerdo con la reivindicación
1, caracterizada porque la instalación para el tratamiento
térmico de los gases de escape tóxicos es un quemador (15) con llama
que arde hacia abajo, que se quema hacia abajo en el interior de la
cámara de reactor (1).
3. Disposición de acuerdo con la reivindicación
2, caracterizada porque el quemador (15) es un quemador de
mezcla exterior con al menos una alimentación central (17) para los
gases de escape tóxicos a tratar.
4. Disposición de acuerdo con la reivindicación
3, caracterizada porque están previstas varias alimentaciones
(17) para los gases de escape tóxicos a tratar, en la que las
toberas para el gas de combustión y las toberas para aire y oxígeno
rodean las alimentaciones centrales (17).
5. Disposición de acuerdo con la reivindicación
1, caracterizada porque la instalación para el tratamiento
térmico de los gases de escape tóxicos es una cámara (21) calentada
eléctricamente, en la que están previstas varias alimentaciones (17)
para los gases de escape tóxicos a tratar térmicamente.
6. Disposición de acuerdo con la reivindicación
5, caracterizada porque la cámara (2) se puede calentar por
medio de varias barras calefactoras (23) dispuestas adyacentes entre
sí y que se proyectan en el interior de la cámara
(21).
(21).
7. Disposición de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la pared
exterior y la pared interior (2, 3) están conectadas entre sí por
abajo con una placa de fondo (7) de forma circular, de tal manera
que el espacio intermedio (5) entre la pared interior (3) y la pared
exterior (2) se pueden llenar esencialmente del todo con agua, en la
que el borde superior (6) de la pared interior (3) está configurada
como rebosadero para el agua que se encuentra en el espacio
intermedio y porque el espacio intermedio (5) está conectado con una
alimentación de
agua.
agua.
8. Disposición de acuerdo con la reivindicación
7, caracterizada porque a la alimentación de agua está
asociada una instalación de regulación para el agua a alimentar al
espacio intermedio.
9. Disposición de acuerdo con la reivindicación
7, caracterizada porque a la alimentación de agua está
asociada una instalación de regulación para el agua a alimentar.
10. Disposición de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque la salida de
gases de escape (11) está conectada con una columna de agua (26)
dispuesta junto a la cámara de reactor (1).
11. Disposición de acuerdo con la reivindicación
10, caracterizada porque entre la salida de gases de escape
(11) y la columna de lavar (26) está dispuesta una instalación de
refrigeración para el gas de escape a tratar térmicamente que sale
desde la cámara interior (3).
12. Disposición de acuerdo con la reivindicación
11, caracterizada porque la instalación de refrigeración está
constituida por al menos una tobera de pulverización de agua
(34).
13. Disposición de acuerdo con la reivindicación
11, caracterizada porque el chorro de pulverización de al
menos una tobera de inyección (34) está dirigido en contra de la
dirección de la circulación del gas.
14. Disposición de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 13, caracterizada porque la alimentación
de agua para el espacio intermedio (5) está constituida por un tubo
vertical (8), que presenta una salida de agua (9) a través de la
placa de fondo (7).
15. Disposición de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 14, caracterizada porque están previstas
dos cámaras de reactor (1, 1'), cuyas salidas (11) se pueden
conectar alternativamente con la columna de lavar (26) y con un
circuito de agua (10).
16. Disposición de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 15, caracterizada porque la conexión
(12) para el circuito de agua de cada cámara de reactor (1, 1') está
conectada a un depósito de agua (13), que está conectado a un
dispositivo de filtro (31) para productos de reacción sólidos y a
una bomba (32) para llenar el espacio intermedio (5).
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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