TWM555061U - 高效能尾氣處理設備 - Google Patents

Abstract

一種高效能尾氣處理設備，適用於以甲烷處理一氧化二氮廢氣，並包含一條廢氣輸氣管、一條甲烷輸入管，以及一個加熱部。該廢氣輸氣管用於輸送該一氧化二氮廢氣。該甲烷輸入管用於提供甲烷。該個加熱部包括一個反應爐、一條貫穿該反應爐底壁的預熱管，及數根設於該反應爐內且彼此角度相間隔地圍繞該預熱管的垂直加熱棒。該廢氣輸氣管內的一氧化二氮廢氣與該甲烷輸入管內的甲烷混合後流入該預熱管預熱，繼而進入該反應爐內被所述加熱棒加熱，以在一個預定溫度下進行加熱分解反應。

Description

高效能尾氣處理設備

本新型是有關於一種廢氣處理設備，特別是指一種高效能尾氣處理設備。

一氧化二氮(N ₂O)廣泛應用於半導體工業製程上，其濃度可高達99.999%。然而，一氧化二氮與二氧化碳(CO ₂)同樣都是溫室氣體，且一氧化二氮所能造成的溫度效應效果大約是二氧化碳的296倍。因此，基於環境保護及地球永續發展的理念，有必要設法降低工業製造過程中所排放的一氧化二氮濃度。

參閱圖1現有廢氣處理設備1，其包括一與前端製造設備(圖未示)連通的入口洗滌單元11、一與該入口洗滌單元11連通的反應單元12、一與該反應單元12連通的出口洗滌單元13，及一用於盛接洗滌廢水的水槽14。

該入口洗滌單元11引入外界水源，利用直接噴灑水的方式，使廢氣與水進行初步反應，以除去廢氣中的可溶於水或能與水反應的成分。接著，洗滌後產生的廢水被引導至該水槽14中。

該反應單元12用於對廢氣進行加熱分解反應，使廢氣中受熱產生結晶的成分得以析出。而部分成分析出後產生的結晶鹽可直接以物理方式刮除，並另外進行針對性的處理。

該出口洗滌單元13同樣引入外界水源對經過加熱分解反應後的廢氣再一次洗滌，以再一次去除廢氣中可溶於水或能與水反應的成分。洗滌廢氣後的廢水同樣被引導至該水槽14，並經過特定處理後方可排放。至於，以該出口洗滌單元13洗滌後的廢氣則是藉助風扇15提供的動力而排出至外界。

然而，隨著環保意識抬頭，廢氣的可排放標準也日漸提高，因而單純對一氧化二氮廢氣進行洗滌及加熱分解反應，已逐漸無法符合排放標準。因此，如圖2中華民國第M528512號新型專利案所示，其揭示一種以甲烷處理一氧化二氮廢氣的氣體處理裝置9100，包含一管路單元91、一反應腔座92，及一加熱單元93。該管路單元91包括一甲烷輸送管911、一空氣輸送管912、一能供一氧化二氮通入的製程氣體輸送管913，及一端部9141連接該甲烷輸送管911、該空氣輸送管912與該製程氣體輸送管913的匯流管914。該匯流管914界定出一預混合流道9140。該反應腔座92連接該匯流管914的另一端部9142，並包括一界定出一反應空間9210的腔壁921、一貫穿該腔壁921且與該預混合流道9140相連通的進氣口922，及一貫穿該腔壁921的排氣口923。該加熱單元93鄰近該反應腔座92並能用以加熱該反應空間9210，使該反應空間9210溫度不低於攝氏600度。然而，上述中華民國第M528512號新型專利案所示的氣體處理裝置9100的反應效率不高，因而無法有效降低一氧化二氮排放濃度。因此，有必要尋求解決方案。

因此，本新型之目的，即在提供一種高效能尾氣處理設備。

於是，本新型高效能尾氣處理設備適用於以甲烷處理一氧化二氮廢氣，並包含一條廢氣輸氣管、一條甲烷輸入管，以及一個加熱部。該廢氣輸氣管用於輸送該一氧化二氮廢氣。該甲烷輸入管用於提供甲烷。該個加熱部包括一個反應爐、一條貫穿該反應爐底壁的預熱管，及數根設於該反應爐內且彼此角度相間隔地圍繞該預熱管的垂直加熱棒。該廢氣輸氣管內的一氧化二氮廢氣與該甲烷輸入管內的甲烷混合後流入該預熱管預熱，繼而進入該反應爐內被所述加熱棒加熱，以在一個預定溫度下進行加熱分解反應。

本新型之功效在於：藉由設置於反應爐內的數根加熱棒對反應爐內進行加熱，使得產生極高的溫度，而使該一氧化二氮廢氣與甲烷氣體可在極高溫環境下同步進行熱分解與氧化還原反應，因而能高效能地降低該一氧化二氮廢氣的濃度。

參閱圖3，本新型高效能尾氣處理設備包含一個前段水洗部2、一個位於該前段水洗部2下游處的加熱部3、一個位於該加熱部3下游處的後段水洗部4，以及一個位於該前段水洗部2、該加熱部3及該後段水洗部4下方的水槽82，且是適用於以甲烷處理來自該前段水洗部2的一氧化二氮廢氣(如代表氣體流動方向的箭號所示)。

參閱圖4，本新型高效能尾氣處理設備的實施例包含一個入口部7、該前段水洗部2、一條廢氣輸氣管5、一條甲烷輸入管6、該加熱部3、該後段水洗部4、一個排氣部81，及該水槽82。

該入口部7的進氣口連通至一個前端製造設備(圖未示)，且用於使來自該前端製造設備的一氧化二氮廢氣進入本新型高效能尾氣處理設備。

該前段水洗部2的進氣口與該入口部7的出氣口相連通，且是利用濕式洗滌的方式，以清水沖洗去除該一氧化二氮廢氣中的粉塵、水溶性氣體等成分。

接著，經過初步洗滌後的一氧化二氮廢氣離開該前段水洗部2並進入該廢氣輸氣管5。此時，甲烷氣體由該甲烷輸入管6進入而與該廢氣輸氣管5中的一氧化二氮廢氣混合後，流入該加熱部3。

參閱圖4、5、6，該加熱部3包括一個反應爐31、一條貫穿該反應爐31的底壁311的預熱管32、數根設於該反應爐31內且彼此角度相間隔地圍繞該預熱管32的垂直加熱棒33，及一個隔熱單元34。

該廢氣輸氣管5內的一氧化二氮廢氣與該甲烷輸入管6內的甲烷混合後流入該加熱部3的預熱管32預熱，繼而進入該反應爐31內被所述加熱棒33加熱，於一個預定溫度下進行加熱分解反應，以破壞或氧化該一氧化二氮廢氣。在本實施例中，該預定溫度大於850℃~950℃，且所述加熱棒的數量可以為六根，但本新型不限於此。

該隔熱單元34包覆於該反應爐31的圍繞壁312外表面，且是以隔熱套(Insulation Jacket)形式提供隔熱保溫效果。在本實施例中，該隔熱單元34具有由內向外排列的一個可保護該反應爐31的空氣層341、一個陶瓷棉(Ceramic Wool)層342，及一個水液層343。

由於甲烷氣體的自燃溫度為約550℃，所以流入該反應爐31的甲烷氣體會與空氣進行燃燒反應而持續產生熱能使該反應爐31內的溫度持續升高，因而有助於反應爐31內的溫度達到該一氧化二氮廢氣本身的裂解溫度。接著，作為氧化劑的一氧化二氮氣體與作為還原劑的甲烷氣體進行氧化還原反應，其反應式如下所示： 4N ₂O+CH ₄→CO ₂+2H ₂O+4N ₂。

本實施例主要是藉由設置於反應爐31內的六根加熱棒33對反應爐31內進行加熱，使得產生溫度極高的該預定溫度(大於850℃~950℃)，而使該一氧化二氮廢氣與甲烷氣體同步進行熱分解與氧化還原反應，以在極高溫環境下打破分子鍵而分解成氮離子、氧離子，及氫離子。由於各種離子鍵間的結合強度不同，例如，氧離子與氫離子間的結合性強於氧離子與氮離子間的結合性，所以後續於降溫後分子會進行重組，以高效能地降低該一氧化二氮廢氣的濃度。

該後段水洗部4設置於該加熱部3下游處，並用於對加熱分解反應後的產物進行再一次水洗並使其降低溫度。

該排氣部81設置於該後段水洗部4下游處，並用於使經該後段水洗部4水洗過後的氣體與外界空氣混合，以降低所述氣體中各種成分的濃度。

該水槽82設置於該加熱部3、該前段水洗部2以及該後段水洗部4下方，並用於盛接該前段水洗部2及該後段水洗部4進行濕式洗滌後所產生的廢液。

在本實施例中，當對本新型高效能尾氣處理設備進行反應效率測試後，測試結果為：當一氧化二氮的流量為5 LPM(公升/分鐘)且甲烷的流量為4 LPM時，破壞去除效率(Destruction Removal Efficiency，DRE)為91%；而當一氧化二氮的流量為16 LPM且甲烷的流量為3 LPM時，DRE為92%。也就是說，本新型實施例中若將一氧化二氮的使用量控制在3~4 LPM時，可獲得最佳處理效率。此外，與前述中華民國第M528512號新型專利公告案比較下，本新型與該現有新型專利公告案若使用的甲烷量相同，則本新型能處理的一氧化二氮的量是該新型專利公告案的四倍，所以本新型顯然具有較高的反應效率，因而能較有效地降低一氧化二氮排放濃度。

綜上所述，本新型藉由設置於反應爐31內的數根加熱棒33對反應爐31內進行加熱，使得產生極高的溫度(大於850℃~950℃)，而使該一氧化二氮廢氣與甲烷氣體可在極高溫環境下同步進行熱分解與氧化還原反應，因而能高效能地降低該一氧化二氮廢氣的濃度，所以確實能達成本新型的目的。

惟以上所述者，僅為本新型的實施例而已，當不能以此限定本新型實施的範圍，凡是依本新型申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本新型專利涵蓋的範圍內。

2‧‧‧前段水洗部
3‧‧‧加熱部
31‧‧‧反應爐
311‧‧‧底壁
312‧‧‧圍繞壁
32‧‧‧預熱管
33‧‧‧加熱棒
34‧‧‧隔熱單元
341‧‧‧空氣層
342‧‧‧陶瓷棉層
343‧‧‧水液層
4‧‧‧後段水洗部
5‧‧‧廢氣輸氣管
6‧‧‧甲烷輸入管
7‧‧‧入口部
81‧‧‧排氣部
82‧‧‧水槽

本新型的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一設備配置圖，說明一現有廢氣處理設備； 圖2是一設備配置圖，說明中華民國第M528512號新型專利案； 圖3是一示意圖，說明本新型高效能尾氣處理設備的實施例中氣體的流動方向； 圖4是一設備配置圖，說明該實施例； 圖5是一立體圖，說明該實施例中該高效能尾氣處理設備的加熱部；及 圖6是一剖面圖，說明該加熱部。

2‧‧‧前段水洗部

3‧‧‧加熱部

4‧‧‧後段水洗部

5‧‧‧廢氣輸氣管

6‧‧‧甲烷輸入管

7‧‧‧入口部

81‧‧‧排氣部

82‧‧‧水槽

Claims (9)

1. 一種高效能尾氣處理設備，適用於以甲烷處理一氧化二氮廢氣，並包含： 一條廢氣輸氣管，用於輸送該一氧化二氮廢氣； 一條甲烷輸入管，用於提供甲烷；及 一個加熱部，包括一個反應爐、一條貫穿該反應爐底壁的預熱管，及數根設於該反應爐內且彼此角度相間隔地圍繞該預熱管的垂直加熱棒，其中，該廢氣輸氣管內的一氧化二氮廢氣與該甲烷輸入管內的甲烷混合後流入該預熱管預熱，繼而進入該反應爐內被所述加熱棒加熱，以在一個預定溫度下進行加熱分解反應。
2. 如請求項1所述的高效能尾氣處理設備，其中，該預定溫度大於850℃~950℃。
3. 如請求項1所述的高效能尾氣處理設備，其中，所述加熱棒的數量為六根。
4. 如請求項1所述的高效能尾氣處理設備，其中，該加熱部還包括一個包覆於該反應爐的圍繞壁外表面的隔熱單元。
5. 如請求項4所述的高效能尾氣處理設備，其中，該隔熱單元具有由內向外排列的一個空氣層、一個陶瓷棉層，及一個水液層。
6. 如請求項1所述的高效能尾氣處理設備，還包含介於一個前端製造設備及該廢氣輸氣管之間的一個入口部以及一個前段水洗部，其中，來自該前端製造設備的一氧化二氮廢氣由該入口部進入，再流至該前段水洗部水洗，繼而流入該廢氣輸氣管內。
7. 如請求項6所述的高效能尾氣處理設備，還包含一個設置於該加熱部下游處的後段水洗部，其用於對加熱分解反應後的產物進行水洗並使其降低溫度。
8. 如請求項7所述的高效能尾氣處理設備，還包含一個設置於該加熱部、該前段水洗部以及該後段水洗部下方的水槽，其用於盛接該前段水洗部及該後段水洗部進行水洗時所產生的廢液。
9. 如請求項7所述的高效能尾氣處理設備，還包含一個設置於該後段水洗部下游處的排氣部，其用於使經該後段水洗部水洗過後的氣體與外界空氣混合，以降低所述氣體中各種成分的濃度。