TWM624437U

TWM624437U - 製程廢氣處理改善系統

Info

Publication number: TWM624437U
Application number: TW110212935U
Authority: TW
Inventors: 莊錦烽
Original assignee: 莊錦烽
Priority date: 2021-11-03
Filing date: 2021-11-03
Publication date: 2022-03-11

Abstract

本創作提供一種製程廢氣處理改善系統，其係適用於半導體製造業或光電業的廢氣處理，該製程廢氣處理改善系統至少包含有第一轉輪、第二轉輪以及焚化單元；第二轉輪與焚化單元實際上可以是廠區既有的廢氣處理裝置的一部分，而第一轉輪則是作為製程廢氣處理改善而新增設置於製程區無塵室的廢氣排放端，能夠幫助提高進入第二轉輪的廢氣濃度，並且降低廢氣風量，進而提高批量處理之效率，且節省能源。

Description

製程廢氣處理改善系統

本創作係與廢氣處理系統有關，特別有關於一種製程廢氣處理改善系統。

半導體及光電產業的製程常常需要利用化學反應完成，此類化學反應多半會產生許多具有毒性的有機廢氣，例如揮發性有機物(volatile organic compounds,VOCs)，而這些VOCs絕大部份屬於有害性的空氣污染物(hazardous air pollutants；HAPs)，人體長期暴露於含高濃度VOCs的環境中會有產生中毒及致癌性腫瘤等反應。此外，大氣中的VOCs會產生光化學反應，導致大氣中臭氧濃度昇高及產生高氧化性污染物。因此，這些含有揮發性有機物的廢氣排放前必須先加以處理，不可直接排放到大氣中。

由於半導體製造業和光電業的廢氣排放量大，且VOCs的含量屬中低範圍，一般廢氣處理的方式係採用沸石濃縮轉輪系統，以將大風量低濃度的VOCs廢氣濃縮成小風量高濃度的氣體，用以節省廢氣焚化過程中之燃料費用。

然而，此系統固然可達處理VOCs的功能，惟操作溫度需於700℃以上，才能將廢氣做有效之處理，因此需要大量之能源(燃料)，以將廢氣加熱至所需之操作溫度，造成廢氣處理上大量能源的浪費。

有鑑於此，本創作人為改善並解決上述之缺失，乃特潛心研究並配合學理之運用，終於提出一種設計合理且有效改善上述缺失之本新型。

有鑑於此，本創作之一目的，在於提供一種製程廢氣處理改善系統，能夠將揮發性有機物進行二次濃縮處理，藉以提高批量處理之效率，且節省能源。

為了達成上述目的，本創作提供一種製程廢氣處理改善系統，其係適用於半導體製造業或光電業的廢氣處理，該製程廢氣處理改善系統至少包含有第一轉輪、第二轉輪以及焚化單元；其中該第一轉輪設置於製程區無塵室的廢氣排放端，其輪面可被區分為一第一吸附區、一第一冷卻區、及一第一脫附區；該第一吸附區係供導入製程廢氣，用以吸附該製程廢氣中的至少一部分揮發性有機化合物並送出一第一過濾氣體；該第一冷卻區係供導入一第一冷卻氣體，用以使因進行脫附而累積熱量並且升溫的該第一轉輪降溫，該第一冷卻氣體為該製程廢氣的一部分分流或外部氣體；該第一脫附區係供導入一第一脫附氣體，用以脫附該第一轉輪所吸附的揮發性有機化合物並送出一第一VOC濃縮氣體；該第二轉輪設置於該第一轉輪的下游端，其輪面可被區分為一第二吸附區、一第二冷卻區、及一第二脫附區；該第二吸附區係供導入該第一VOC濃縮氣體，用以吸附第一VOC濃縮氣體中的至少一部分揮發性有機化合物並送出一第二過濾氣體；該第二冷卻區係供導入一第二冷卻氣體，用以使因進行脫附而累積熱量並且升溫的該第二轉輪降溫，該第二冷卻氣體為外部氣體；該第二脫附區係供導入一第二脫附氣體，用以脫附該第二轉輪所吸附的揮發性有機化合物並送出一第二VOC濃縮氣體；該焚化單元至少具有一焚化設備並且與該第二轉輪連通，用以焚燒該該第二VOC濃縮氣體中的揮發性有機化合物而生成一焚化後氣體。

根據本創作之一實施例，該第一轉輪為複數個，且各該第一轉輪為串聯或並聯設置。

根據本創作之一實施例，該第二轉輪為複數個，且各該第二轉輪為串聯或並聯設置。

根據本創作之一實施例，該製程廢氣處理改善系統更包括與該第一轉輪氣體連通的一第一加熱器，該第一冷卻氣體從該第一冷卻區排出後被導入該第一加熱器進行加熱，進而輸出該第一脫附氣體。

根據本創作之一實施例，該製程廢氣處理改善系統更包括與該第二轉輪氣體連通的一第二加熱器，該第二冷卻氣體從該第二冷卻區排出後被導入該第二加熱器進行加熱，進而輸出該第二脫附氣體。

根據本創作之一實施例，該第一加熱器與該第二加熱器可以是電子加熱器或是熱交換器；較佳地，第一加熱器為電子加熱器，該第二加熱器為電子加熱器或是熱交換器

根據本創作之一實施例，當該第二加熱器為熱交換器時，該焚化單元與該第二加熱器氣體連通，且該焚化後氣體從該焚化單元排出後被導入該第二加熱器中以作為熱交換所使用的熱源。

與習知處理含有VOCs廢氣的系統相比，本創作是實際上可以是在廠區既有的單一個沸石濃縮轉輪的情況下，在製程區無塵室的廢氣排放端新增一個或多個轉輪來改善製程廢氣處理效能，能夠幫助提高進入既有轉輪的廢氣濃度，並且降低廢氣風量，藉此提高批量處理之效率，且節省能源。

10:第一轉輪

101:第一吸附區

102:第一冷卻區

103:第一脫附區

20:第二轉輪

201:第二吸附區

202:第二冷卻區

203:第二脫附區

30:焚化單元

60:煙囪

70:第一加熱器

80:第二加熱器

W:製程廢氣

W₁:第一過濾氣體

W₂第二過濾氣體

D₁₁:第一冷卻氣體

D₁₂:第一脫附氣體

D₁₃:第一VOC濃縮氣體

D₂₁:第二冷卻氣體

D₂₂:第二脫附氣體

D₂₃:第二VOC濃縮氣體

H:焚化後氣體

圖1為顯示本創作之第一實施例中的製程廢氣處理改善系統的架構示意圖。

圖2為顯示第一轉輪10及第二轉輪20的輪面配置圖。

圖3為顯示本創作之第二實施例中的製程廢氣處理改善系統的架構示意圖。

圖4為顯示本創作之第三實施例中的製程廢氣處理改善系統的架構示意圖。

以下，針對本創作有關之製程廢氣處理改善系統的構成及技術內容等，列舉各種適用的實例並配合參照隨文所附圖式而加以詳細地說明；然而，本創作當然不是限定於所列舉之該等的實施例、圖式或詳細說明內容而已。

再者，熟悉此項技術之業者亦當明瞭：所列舉之實施例與所附之圖式僅提供參考與說明之用，並非用來對本創作加以限制者；能夠基於該等記載而容易實施之修飾或變更而完成之創作，亦皆視為不脫離本創作之精神與意旨的範圍內，當然該等創作亦均包括在本創作之申請專利範圍內。

另外，為了對本創作的技術特徵、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖詳細說明本創作的具體實施方式。有關本創作之詳細說明及技術內容，配合圖式說明如下，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本創作加以限制者；而關於本創作之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之各實施例的詳細說明中，將可清楚呈現，以下實施例所提到的方向用語，例如：「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「後」等，僅是參考附加圖示的方向。因此，使用的方向用語是用來說明，而並非用來限制本創作；再者，在下列各實施例中，相同或相似的元件將採用相同或相似的元件標號。

首先，請參閱圖1，其為顯示本創作之第一實施例中的製程廢氣處理改善系統的架構示意圖；該製程廢氣處理改善系統包含有第一轉輪10、第二轉輪20、以及焚化單元30。第一轉輪10是設置於製程區無塵室的廢氣排放端，一般來說是設置於無塵室之空調間或兩間無塵室的夾層(管道間)中；該第二轉輪則是設置於該第一轉輪的下游端排放端，通常是在無塵室的頂樓；其中該第一轉輪10及該第二轉輪20是分別由可吸附揮發性有機化合物的吸附材所構成的蜂巢狀結構，並可藉由馬達(未圖示)帶動以特定轉速旋轉。

請同時參閱圖2，其為顯示該第一轉輪10及該第二轉輪20的輪面配置圖；該第一轉輪的輪面可被區分為第一吸附區101、第一冷卻區102、及第一脫附區103，該第二轉輪20的輪面被區分為第二吸附區201、第二冷卻區202、及一第二脫附區203。

當製程廢氣W通過第一吸附區101時，吸附材會吸附製程廢氣中的至少一部分的VOCs並排出第一過濾氣體W₁，第一過濾氣體W₁可以被排放至外界，或是做為其他用途；而被吸附材所吸附的VOCs則隨著第一轉輪10轉動到第一脫附區103與一第一脫附氣體D₁₂接觸並從第一轉輪10中脫附至該第一脫附氣體D₁₂之中，並且送出第一VOC濃縮氣體D₁₃。由於該第一脫附氣體D₁₂為溫度在180~200℃之間的高溫氣體，因此第一轉輪10 在與該第一脫附氣體D₁₂進行脫附步驟時會因熱傳導作用導致第一轉輪10的溫度提升，進而導入一第一冷卻氣體D₁₁至該第一轉輪10中使其降溫，第一冷卻氣體D₁₁是外部氣體或是由製程廢氣W分流而得。

承上，該第二轉輪20中的第二吸附區201用以接收從第一轉輪10排出的第一VOC濃縮氣體D₁₃，當第一VOC濃縮氣體D₁₃通過第二吸附區201時，吸附材會吸附第一VOC濃縮氣體D₁₃中的VOCs並排出第二過濾氣體W₂，可以輸送至煙囪60排放至外界，或是做為其他用途。

被吸附材所吸附的VOCs則隨著第二轉輪20轉動到第二脫附區203與一第二脫附氣體D₂₂接觸並從第二轉輪20中脫附至該第二脫附氣體D₂₂之中，並且送出第二VOC濃縮氣體D₂₃。與第一轉輪10相同地，由於該第二脫附氣體D₂₂為溫度在180~200℃之間的高溫氣體，因此第二轉輪20在與該第二脫附氣體D₂₂進行脫附步驟時會因熱傳導作用導致第二轉輪20的溫度提升，進而導入一第二冷卻氣體D₂₁至該第二轉輪20中使其降溫，該第二冷卻氣體D₂₁可以是外部氣體或是由第一過濾氣體W₁分流而得。

該焚化單元30設置成可與該第二脫附區203氣體連通，並且該焚化單元30包含有一焚化設備(未圖示)，能夠將該第二VOC濃縮氣體D₂₃中的揮發性有機化合物進行焚燒處理而生成一焚化後氣體H並排放至煙囪60。適用的焚化設備包括但不限於直燃式焚化爐、觸媒焚化爐、蓄熱式焚化爐、或蓄熱式觸媒焚化爐。

該焚化單元30還可以進一步包含有輔助燃燒設備(未圖示)，該輔助燃燒設備與該焚化設備連接，當焚化設備中之第二VOC濃縮氣體D₂₃的廢氣熱值不足燃燒至所需溫度時，該輔助燃燒設備能夠輸送天然氣等燃料協助氣體焚化作業。

根據本創作的技術思想，第二轉輪20與焚化單元30實際上可以是廠區既有的廢氣處理裝置的一部分，而第一轉輪10則是作為製程廢氣處理改善而新增設置於製程區無塵室的廢氣排放端，能夠幫助提高進入第二轉輪20的廢氣濃度，並且降低廢氣風量，第一轉輪10與第二轉輪20的輪面面積可以小於原先僅設置一顆轉輪的輪面面積，藉以降低設置成本。

將第一轉輪10之第一吸附區101之設置面積設為Aa1、第一冷卻區102之設置面積設為Pa1、第一脫附區103之設置面積設為Da1，以及將第二轉輪20之第二吸附區201之設置面積設為Aa2、第二冷卻區202之設置面積設為Pa2、及第二脫附區203之設置面積設為Da2時，Aa1、Pa1、Da1、Aa2、Pa2、及Da2分別滿足以下關係式：Pa1≧Da1；0.1≦(Pa1+Da1)/Aa1≦1；Pa2≧Da2；0.1≦(Pa2+Da2)/Aa2≦1。

承上，在第一轉輪10的輪面上，第一吸附區101、第一冷卻區102、及第一脫附區103的面積比介於為10：1：1至6：1：1；在第二轉輪20的輪面上，第二吸附區201、第二冷卻區202、及第二脫附區203的面積比介於為10：1：1至6：1：1。

再者，構成該第一轉輪10及該第二轉輪20的吸附材並未特別加以限制，舉例來說，可以選自活性碳、疏水性沸石、矽膠、活性氧化鋁、及其組合中之任一種。另外，構成該第一轉輪10及該第二轉輪20的吸附材也可以是相同或是相異的材料，可依實際需求設置，在此不限制。

請再參閱圖1，該製程廢氣處理改善系統還可以包括有第一加熱器70，該第一加熱器70與第一冷卻區102及第一脫附區103氣體連通，用以接收從第一冷卻區102排出的該第一冷卻氣體D₁₁，並將其加熱至第一脫附溫度後生成第一脫附氣體D₁₂，再將第一脫附氣體D₁₂輸送至該第一脫附區103進行脫附；同樣地，該製程廢氣處理改善系統還可以包括有第二加熱器80，該第二加熱器80與第二冷卻區202及第二脫附區203氣體連通，用以接收從第二冷卻區202排出的該第二冷卻氣體D₂₁，並將其加熱至第二脫附溫度後生成第二脫附氣體D₂₂，再將第二脫附氣體D₂₂輸送至該第二脫附區203進行脫附。

根據本創作的技術思想，該第一加熱器70與該第二加熱器80可以是一般電子加熱器或是熱交換器，例如板式熱交換器或管殼式熱交換器，較佳為管殼式熱交換器，在此不特別加以限制。

另外，當該第二加熱器80為熱交換器時，還可以使用焚化後氣體H作為熱交換的熱流，該焚化後氣體H從該焚化單元30排出後流經該第二加熱器80中與第二冷卻氣體D₂₁進行熱交換，使第二冷卻氣體D₂₁升溫，而焚化後氣體H的最終溫度為在100-300℃間，最終再導入煙囪60排放至外界或是後續應用。

此外，在本創作之製程廢氣處理改善系統中還可以進一步在管線中設置複數個風機，幫助氣體傳輸；該些風機的數量及配置位置並未特別加以限制，可依製程需求進行配置。又，本創作之製程廢氣處理改善系統含具有異常高溫防護措施，包括脫附出口高溫保護、噴灑N₂或水，爐溫高溫警示時能夠熄火降溫，當脫附風車故障時能夠遮斷風門關閉，外氣風門開啟，避免爐內熱氣回流至轉輪區域造成危害。

另外，根據本創作的技術思想，第一轉輪10與第二轉輪20還可以分別和消防管線連通，當有突發狀況或是有悶燃的情形發生時，能夠即時灑水，並經由一廢水管線將使用後的廢水排出。

本創作之製程廢氣處理改善系統可用以處理半導體製造業和光電業的製程廢氣W，該製程廢氣W所含有的揮發性有機化合物可以是烷類、芳烴類、酯類、酮類；舉例來說，可以是但不限於丙烷、丁烷、苯、甲苯、乙苯、甲醇、乙醇、異丙醇、異戊醇、丙酮、丁酮、四氯乙烯、氯苯、醋酸丙二醇甲醚酯(PGMEA)、單乙醇胺(MEA)及二甲基亞碸(DMSO)。該製程廢氣W的來源可以是使用有機溶劑與光阻劑之光阻塗布站、使用KOH之顯影站、使用鹽酸與硝酸之蝕刻站、或是使用有機溶劑之基板清洗站。製程廢氣W濃度並未特別加以限制，一般來說廢氣濃度在3~30ppm尤佳。又，本創作中之第一轉輪10的濃縮倍率一般介於12~25倍之間。

接著，請參閱圖3及圖4，其為分別顯示本創作之第二實施例與第三實施例中的製程廢氣處理改善系統的架構示意圖。在第二實施例與第三實施例中，該製程廢氣處理改善系統配置有兩個第一轉輪10；兩者的差異在於，在第二實施例中兩個第一轉輪10是以串聯的方式設置，而在第三實施例中兩個第一轉輪10是以並聯的方式設置，在並聯的情況下還能夠處理不同來源的製程廢氣W。該些第一轉輪10可依據不同的風量、濃度、所需效率來選作轉輪選型，例如轉輪尺寸大小、轉速調整、濃縮倍率調整、轉輪厚度調整等，並且可依實際需求調整第一轉輪10的數量以及串並聯的形式，藉此提高系統的處理效能。

另外，在本創作的其他實施例中，第二轉輪20的數量也可以是複數個，該些第二轉輪20可依據不同的風量、濃度、所需效率來選作轉輪選型，例如轉輪尺寸大小、轉速調整、濃縮倍率調整、轉輪厚度調整等，並且可依實際需求調整第二轉輪20的數量以及串並聯的形式，藉此提高系統的處理效能。

以上，雖然已經以如上的實施例舉例而詳細說明了本創作的內容，然而本創作並非僅限定於此等實施方式而已。本創作所屬技術領域中具有通常知識者應當能夠明瞭並理解：在不脫離本創作的精神和範圍內，當可再進行各種的更動與修飾；例如，將前述實施例中所例示的各技術內容加以組合或變更而成為新的實施方式，此等實施方式也當然視為本創作所屬內容。因此，本案所欲保護的範圍也包括後述的申請專利範圍及其所界定的範圍。