WO2000077452A1 - Abgasreinigungssystem - Google Patents

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WO2000077452A1
WO2000077452A1 PCT/DE2000/001576 DE0001576W WO0077452A1 WO 2000077452 A1 WO2000077452 A1 WO 2000077452A1 DE 0001576 W DE0001576 W DE 0001576W WO 0077452 A1 WO0077452 A1 WO 0077452A1
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gas purification
purification system
plasma
liquid
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PCT/DE2000/001576
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Lutz Fabian
Gunter KRÖDEL
Dietmar Resch
Horst Stelzer
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Centrotherm Elektrische Anlagen Gmbh + Co.
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    • F23G7/06—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases
    • F23G7/061—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating
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    • F23J2219/00—Treatment devices
    • F23J2219/40—Sorption with wet devices, e.g. scrubbers

Definitions

  • the invention relates to an exhaust gas purification system for the disposal of environmentally harmful and / or toxic gases or vapors, with a reaction space which is connected to a plasma source in which a plasma is formed by the coupled excitation energy, the reaction space and / or the plasma source having at least one input for the feed of gases or vapors and the reaction space has an outlet for the gases or vapors treated in the plasma source and / or in the reaction space.
  • Such a device for cleaning exhaust gases has become known from WO 96/23173.
  • This device contains a combustion chamber in which a burner is arranged and the fuel gas, oxygen or air and the process exhaust gas to be decomposed are supplied. Above the combustion chamber there is a washroom with a spray nozzle for spraying the sorbent agent.
  • the combustion chamber is located inside an outer tube and is delimited by an inner tube, the outer tube also enclosing the wash chamber located above the combustion chamber.
  • reaction products created in the combustion chamber are passed between the inner and the outer pipe into the wash room and from there via an exhaust system into the ambient air.
  • a disadvantage here is that the plasmas generated often constrict.
  • the achievable plasma volume is limited by shielding effects. This also limits the amount of waste gas that can be disposed of, so that the waste gas amounts that can be achieved with the usual combination systems (combustion / thermal decomposition and subsequent washing) cannot be achieved.
  • the generation of the plasma must therefore be given particular attention in order to avoid the disadvantageous effects listed above.
  • it proves to be disadvantageous that the most favorable plasma parameters for the conversion of the gases or vapors cannot always be set when working under normal pressure.
  • a scrubber is required that removes the pollutants that are still present in the plasma after the conversion of the exhaust gas.
  • the invention is therefore based on the object of providing an exhaust gas purification system in which an effective and inexpensive disposal of environmentally harmful and / or toxic gases or vapors is made possible using a plasma source which also works at atmospheric pressure.
  • the object on which the invention is based is achieved in an exhaust gas cleaning system of the type mentioned at the outset in that the outlet of the reaction chamber is connected to a liquid jet pump, in that the liquid jet pump in the reaction chamber and in the plasma source has a negative pressure generated and that the exhaust gases treated in the plasma or by excited particles together with the liquid passed through the liquid jet pump and mixed therewith are passed out of the reaction space.
  • liquid jet pump By using the liquid jet pump according to the invention, a negative pressure in the range from atmospheric pressure to ⁇ 100 mbar can be generated in the reaction space. At the same time, the solid, gaseous and liquid pollutants that are still in the exhaust gas stream after washing out of the plasma are washed out by the liquid jet pump.
  • the plasma can be ignited at low pressure and the plasma conditions can be adapted in such a way that the decomposition of the gases or vapors to harmless exhaust gases takes place as completely as possible.
  • a decrease in pressure leads to an increase in the plasma volume, but on the other hand the exhaust gas volume is increased so that the residence time is reduced.
  • the exhaust gas to be treated can be passed directly through the plasma of the plasma source or it is fed directly behind the plasma source into the reaction space and treated in the so-called remote plasma by the particles excited in the plasma.
  • the suction opening of the liquid jet pump has a large cross section, on the one hand to generate the required suction capacity and on the other hand to prevent blockages by solid components of the exhaust gas. This also results in a particularly good mixing of the flow through the liquid jet pump. reached with the exhaust gas emerging from the reaction chamber.
  • the negative pressure generated in the reaction chamber by the liquid jet pump is in the range from ⁇ 30 mbar to atmospheric pressure.
  • a cooling device is used to prevent progressive heating of the liquid in the liquid circuit.
  • the liquid jet pump can thus always generate the necessary negative pressure in the plasma source and in the reaction space, which is required, for example, to ignite the plasma.
  • the liquid jet pump is operated with a sorbent, the liquid jet pump being part of a liquid circuit for the sorbent. In this way, media costs can be significantly reduced and disposal efficiency increased.
  • the liquid circuit also has a controllable circuit pump for regulating the delivery rate of the sorbent, so that the vacuum generated by the liquid jet pump can be regulated by regulating the delivery rate of the sorbent.
  • the circulation pump is preferably designed as a diaphragm pump operated by compressed air, since on the one hand this achieves a high delivery rate and on the other hand a long service life can be guaranteed.
  • the reaction chamber and / or the plasma source is provided with at least one supply for additional gases.
  • additional gases can be oxygen and / or hydrogen, water vapor, but also other gases. With these additional gases, the effectiveness of disposal can be increased.
  • Plasma sources which operate in the microwave range are preferred, since a non-equilibrium plasma (non-thermal plasma) can be generated at relatively high pressures close to normal pressure due to the very high excitation frequency of 2.45 GHz, for example, and the associated high field densities the microwave power, for example at max. 6 kW.
  • a non-equilibrium plasma non-thermal plasma
  • the microwave power for example at max. 6 kW.
  • the non-equilibrium plasma is understood to mean that a number of highly reactive or high-energy particles exist without the average temperature of the exhaust gas being excessively high. In this way, undesirable reactions, e.g. the formation of nitrogen oxides, reduced.
  • a pH electrode is provided in the liquid circuit after the liquid jet pump, which is connected to a controller which controls a metering pump for metering in alkali or acid into the liquid circuit. It is therefore advantageous to add a basic sorbent if, for example, acid gases (HF, HCl) are to be washed out.
  • a further embodiment of the invention is characterized in that the liquid jet pump and the liquid circuit are connected to a storage vessel for the sorption liquid and that a suction line is connected to the storage vessel and is equipped with a suction for the cleaned exhaust gas is connected.
  • At least one aerosol filter is arranged in the suction line, which retains solid and / or liquid aerosols from the exhaust gas.
  • the exhaust gas purification system consists of a vertically arranged reaction chamber 1, which is connected at its upper end to a plasma source 2.
  • This plasma source 2 is arranged such that excited particles from the plasma source can be coupled into the reaction space.
  • a plasma source 2 can be considered as a plasma source, which operates at a frequency of 2.45 GHz and is designed for a power of up to 6 kW.
  • the reaction chamber 1 also has at its upper end one or more entrances 4 for the gases or vapors to be disposed of, e.g. Process exhaust gases from processes in semiconductor manufacturing, and one or more side inputs 5 for additional gas. Oxygen and / or hydrogen or water vapor can be considered as additional gases. If the gases or vapors and the additional gas are to be fed directly into the plasma source, this must also be provided with one or more inputs 4 'for the gases or vapors and one or more inputs 5' for additional gas.
  • the lower end of the reaction chamber 1 is provided with an outlet 17 which is connected to the suction opening 21 of a liquid jet pump 3.
  • the liquid jet pump 3 is part of a liquid circuit in which a circuit pump 6 is arranged.
  • the circulation pump 6 is preferably designed as a membrane pump operated by compressed air, which acts as a sorbent for the liquid, solid or soluble Chen components of the exhaust gas used liquid sucks from a storage vessel 7 and promotes the liquid jet pump 3.
  • the liquid jet pump 3 has the function of generating a negative pressure of a few 10 mbar in the reaction space 1 and in the plasma source 2 for igniting the plasma and maintaining a negative pressure during the treatment of the exhaust gas, and also the task of treating the exhaust gas treated in the plasma to promote from the reaction chamber 1.
  • the size of the negative pressure generated by the liquid jet pump 3 depends on the one hand on the size of the pump and on the other hand on the amount of gases fed in, the amount of liquid delivered and the temperature of the liquid (vapor pressure). For this reason, it is expedient to provide cooling of the liquid or the sorbent in the liquid circuit.
  • the storage vessel 7 can be provided with a cooling device 20.
  • the pressure in the reaction chamber 1 is measured by a pressure sensor 8, the electrical signal of which controls the circuit pump 6 via a controller 9 so that the pressure in the reaction chamber is regulated to an optimal value.
  • a second way of regulating the pressure is to couple the regulator 9 to a throttle valve 19 and to regulate the pressure to optimum values by means of the amount of secondary air drawn in.
  • the sorbent has intensive contact with the exhaust gas which has already passed through the plasma, removes solid and soluble constituents from the exhaust gas and flows back from the liquid jet pump 3 into the storage vessel 7.
  • a pH electrode 10 which measures the pH of the sorption liquid flowing past and controls a metering pump 12 via a regulator 11, with the aid of which alkali or acid can be metered into the liquid circuit in order to keep the pH at a predetermined value keep stant.
  • the exhaust gas converted in the plasma in the reaction chamber 1 and treated with the sorbent in the liquid jet pump 3 leaves the storage vessel 7 via a suction line 13 which is connected to a suction device (not shown).
  • Aerosol filters 14 which retain solid and / or liquid aerosols, are accommodated in the suction line 13. These aerosol filters 14 can be cleaned continuously or discontinuously by feeding water and / or sorbents through one or more spray nozzles 15. This water or sorbent flows back into the preliminary reservoir 7, so that the amount of sorbent in the liquid circuit is continuously increased.
  • the used sorbent is sucked off together with solid components by means of a pump 16 at the bottom of the storage vessel 7.
  • Liquid jet pump 4 'inlet for gases or vapors, 5' inlet for additional gas

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Abgasreinigungssystem zur Entsorgung von umweltschädlichen und/oder toxischen Gasen oder Dämpfen, mit einem Reaktionsraum (1), der mit einer Plasmaquelle (2) verbunden ist und bei dem im Reaktionsraum (1) durch eingekoppelte Anregungsenergie ein Plasma ausgebildet ist, wobei der Reaktionsraum (1) und/oder die Plasmaquelle (2) mindestens einen eingang (4) für die Einspeisung der Gase oder Dämpfe und einen Auslass (17) für die in der Plasmaquelle und/oder im Reaktionsraum (1) behandelten Gase oder Dämpfe aufweist. Erfindungsgemäss ist der Auslass (17) des Reaktionsraumes (1) mit einer Flüssigkeitsstrahlpumpe (3) verbunden, die im Reaktionsraum (1) und in der Plasmaquelle (2) einen Unterdruck erzeugt. Die Abgase mit dem Plasma oder durch angeregte teilchen behandelten Abgase werden gemeinsam mit der durch die Flüssigkeitsstrahlpumpe (3) geleiteten Flüssigkeit und mit dieser vermischt aus dem Reaktionsraum (1) geleitet.

Description

AbgasreinigungsSystem
Die Erfindung betrifft ein Abgasreinigungssystem zur Entsorgung von umweltschädlichen und/oder toxischen Gasen oder Dämpfen, mit einem Reaktionsraum, der mit einer Plasmaquelle verbunden ist, in der durch eingekoppelte Anregungsenergie ein Plasma ausgebildet ist, wobei der Reaktionsraum und/oder die Plasmaquelle mindestens einen Eingang für die Einspeisung von Gasen oder Dämpfen und der Reaktionsraum einen Auslaß für die in der Plasmaquelle und/oder im Reaktionsraum behandelten Gase oder Dämpfe aufweist.
Für die Reinigung von umweltschädlichen und/oder toxischen Gasen oder Dämpfen, wie z.B. von Abgasen die aus Prozessen der Halbleiterfertigung wie CVD-, LP-CVD-, Plas a-CVD-, Plasma- Ätz- oder ähnlichen Prozessen stammen, sind unterschiedliche Verfahren bekannt geworden. In den überwiegenden Fällen kommen Verfahren zum Einsatz, bei denen die Gase oder Dämpfe verbrannt und/oder thermisch zersetzt werden. Anschließend werden die thermisch behandelten Gase oder Dämpfe durch einen Wäscher geleitet, in dem die festen und/oder löslichen Reaktionspro- dukte mit Hilfe eines Sorptionsmittels aus den Abgasen herausgewaschen werden.
Eine derartige Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen ist aus der WO 96/23173 bekannt geworden. Diese Vorrichtung enthält einen Brennraum, in dem ein Brenner angeordnet ist und dem Brenngas, Sauerstoff oder Luft und das zu zersetzende Prozeßabgas zugeführt werden. Oberhalb des Brennraumes befindet sich ein Waschraum mit einer Sprühdüse zum Versprühen des Sorp- tionsmittels . Der Brennraum befindet sich dabei innerhalb eines äußeren Rohres und wird durch ein inneres Rohr begrenzt, wobei das äußere Rohr auch den oberhalb des Brennraumes befindlichen Waschraum umschließt.
Die im Brennraum entstehenden Reaktionsprodukte werden zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr in den Waschraum und von dort über eine Absaugung in die Umgebungsluft geleitet.
Mit einer derartigen Abgasreinigungsanlage können die verschiedensten Gase, wie z.B. SiH4, PH3, B2H6, TEOS (Tetraethox- ysilan) aus CVD-Prozessen, C2F6, CF4 , CH3F, Cl2, BC13 aus Trok- kenätzprozessen und aus anderen Prozessen mit sehr hoher Effektivität entsorgt werden. Voraussetzung ist, daß die Para- meter des Abgasreinigungssystemes jeweils auf die Art und Menge der zu reinigenden Gase oder Dämpfe abgestimmt werden, so daß sichergestellt ist, daß die Verbrennung bzw. die thermische Zersetzung unter SauerstoffÜberschuß erfolgt.
Nachteilig sind bei derartigen Abgasreinigungsanlagen die relativ hohen Betriebskosten und der hohe Medienverbrauch. Auch ist von Nachteil, daß viele verschiedene Medien (Brenngase, Sauerstoff) benötigt werden und daß recht hohe Installationskosten zu verzeichnen sind. Weiterhin erfordert der Ein- satz von brennbaren Gasen eine besondere Sorgfalt.
Um diese Probleme zu umgehen, ist versucht worden, für die Abgasentsorgung Niederdruckplasmen nutzbar zu machen, wie beispielsweise in der EP-A-0821 995 der Einsatz einer Hohlka- todenentladung vorgeschlagen worden ist. Der Nachteil hierbei ist, daß ein Eingriff in das Vakuumsystem der Beschichtungs- oder Ätzanlage nicht zu umgehen ist, so daß die Abgasentsorgung den vorgeordneten Halbleiterprozeß negativ beeinflussen kann. Soll das vermieden werden, müßte ein zusätzliches ko- stenintensives Vakuumsystem und eventuell ein Pufferraum zur Zwischenspeicherung der Prozeßabgase realisiert werden. Günstiger wäre die Verwendung einer Plasmaquelle, die unter Atmosphärendruck arbeiten kann. Derartige Plasmaquellen werden mit einer Anregungsfrequenz im Mikrowellenbereich betrieben und können ein nichtthermisches (kaltes) Plasma erzeugen.
Die Verwendung eines solchen Plasmas für die Entsorgung von umweltschädlichen oder toxischen Verbindungen wurde bereits vorgeschlagen.
Als nachteilig ist hierbei anzusehen, daß sich die erzeugten Plasmen häufig einschnüren. Außerdem wird das erreichbare Plasmavolumen durch Abschirmeffekte begrenzt. Dadurch ist auch die entsorgbare Abgasmenge begrenzt, so daß die bei den üblichen Kombinationssystemen (Verbrennen/thermisches Zersetzen und nachfolgendes Waschen) erreichbaren Abgasmengen nicht erreicht werden können. Der Erzeugung des Plasmas ist also eine besonders hohe Aufmerksamkeit zu schenken, um die oben aufgeführten nachteiligen Effekte zu vermeiden. Aber auch bei sorgfältigster Gestaltung der Plasmaquelle ist es notwendig, den Druck im Reaktionsraum zum Zünden des Plasmas auf einige 10 mbar abzusenken. Außerdem erweist es sich als nachteilig, daß beim Arbeiten unter Normaldruck nicht immer die für die Umsetzung der Gase oder Dämpfe günstigsten Plasmaparameter einstellbar sind. Zusätzlich ist ein Wäscher notwendig, der die nach der Umsetzung des Abgases im Plasma noch enthaltenen Schadstoffe entfernt.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Abgasreinigungssystem zu schaffen, bei dem unter Verwendung einer auch bei Atmosphärendruck arbeitenden Plasmaquelle eine effektive und kostengünstige Entsorgung von umweltschädlichen und/oder toxischen Gasen oder Dämpfen ermöglicht wird.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellung wird bei einem Abgasreinigungssystem der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Auslaß des Reaktionsraumes mit einer Flüssig- keitsstrahlpumpe verbunden ist, daß die Flüssigkeitsstrahlpumpe im Reaktionsraum und in der Plasmaquelle einen Unterdruck erzeugt und daß die in dem Plasma oder durch angeregte Teilchen behandelten Abgase gemeinsam mit der durch die Flüssigkeitsstrahlpumpe geleiteten Flüssigkeit und mit dieser vermischt aus dem Reaktionsraum geleitet werden.
Durch den erfindungsgemäßen Einsatz der Flüssigkeitsstrahlpumpe kann im Reaktionsraum ein Unterdruck im Bereich von Atmosphärendruck bis < 100 mbar erzeugt werden. Gleichzeitig werden durch die Flüssigkeitsstrahlpumpe, die sich nach Durchlaufen des Plasmas noch im Abgasstrom befindlichen festen, gasförmigen und flüssigen Schadstoffe ausgewaschen.
Durch die Möglichkeit, den Druck im Reaktionsraum in einem weiten Bereich variieren zu können, kann das Plasma bei nied- rigem Druck gezündet werden, und die Plasmabedingungen können so angepaßt werden, daß die Zersetzung der Gase oder der Dämpfe zu unschädlichen Abgasen möglichst vollständig erfolgt. Allgemein gilt, daß eine Verringerung des Druckes zu einer Erhöhung des Plasmavolumens führt, aber andererseits das Ab- gasvolumen erhöht wird, so daß die Verweilzeit verringert wird.
Es ist darauf zu achten, daß eine Plasmaquelle eingesetzt wird, die durch ihre Konstruktionsmerkmale im geforderten Druckbereich ein möglichst großvolumiges homogenes Plasma ausbilden kann und die im Dauerbetrieb einsetzbar ist. Dabei kann das zu behandelnde Abgas direkt durch das Plasma der Plasmaquelle geleitet werden oder es wird unmittelbar hinter der Plasmaquelle in den Reaktionsraum eingespeist und durch die im Plasma angeregten Teilchen im sogenannten Remoteplasma behandelt.
In Fortführung der Erfindung weist die Ansaugöffnung der Flüssigkeitsstrahlpumpe einen großen Querschnitt auf, um einer- seits das erforderliche Saugvermögen zu erzeugen und um andererseits Verstopfungen durch feste Bestandteile des Abgases vorzubeugen. Auch wird dadurch eine besonders gute Durchmischung der durch die Flüssigkeitsstrahlpumpe geleiteten Flüs- sigkeit mit dem aus dem Reaktionsraum austretenden Abgas erreicht.
Der durch die Flüssigkeitsstrahlpumpe im Reaktionsraum er- zeugte Unterdruck liegt im Bereich von < 30 mbar bis Atmosphärendruck.
Um einer fortschreitenden Erwärmung der Flüssigkeit im Flüssigkeitskreislauf zu vorzubeugen, wird eine Kühleinrichtung verwendet. Damit kann mit der Flüssigkeitsstrahlpumpe stets der notwendige Unterdruck in der Plasmaquelle und im Reaktionsraum erzeugt werden, der beispielsweise zum Zünden des Plasmas erforderlich ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Flüssigkeitsstrahlpumpe mit einem Sorptionsmittel betrieben, wobei die Flüssigkeitsstrahlpumpe Bestandteil eines Flüssigkeitskreislaufes für das Sorptionsmittel ist. Auf diese Weise können die Medienkosten wesentlich reduziert und die Entsorgungs- effektivität erhöht werden.
Der Flüssigkeitskreislauf weist weiterhin eine regelbare Kreislaufpumpe zur Regelung der Fördermenge des Sorptionsmittels auf, so daß durch die Regelung der Fördermenge des Sorptionsmittels der durch die Flüssigkeitsstrahlpumpe erzeugte Unterdruck geregelt werden kann.
Die Kreislaufpumpe ist bevorzugt als druckluftbetriebene Membranpumpe ausgebildet, da dadurch einerseits eine große För- derleistung erreicht und andererseits eine lange Lebensdauer garantiert werden kann.
Eine andere Möglichkeit zur Regelung des Unterdruckes besteht darin, daß am Eingang der Flüssigkeitsstrahlpumpe Nebenluft angesaugt wird und die Regelung des Unterdruckes über die Regelung der Nebenluftmenge erfolgt. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Reaktionskammer und/oder die Plasmaquelle wenigstens mit einer Zuführung für Zusatzgase versehen. Derartige Zusatzgase können Sauerstoff und/oder Wasserstoff, Wasserdampf, aber auch andere Gase sein. Mit diesen Zusatzgasen kann eine Erhöhung der Entsorgungseffektivität erreicht werden.
Bevorzugt werden Plasmaquellen, die im Mikrowellenbereich arbeiten, da hier bei relativ hohen Drücken nahe Normaldruck aufgrund der sehr hohen Anregungsfrequenz von beispielsweise 2,45 GHz und der damit verbundenen hohen Felddichten ein Nicht-Gleichgewichts-Plasma (nicht thermisches Plasma) erzeugt werden kann, wobei die Mikrowellenleistung beispielsweise bei max . 6 kW liegt.
Unter dem Nicht-Gleichgewichts-Plasma ist zu verstehen, daß eine Anzahl hochreaktiver bzw. hochenergetischer Teilchen existiert, ohne daß die mittlere Temperatur des Abgases übermäßig hoch ist. Auf diese Weise werden unerwünschte Reaktio- nen, wie z.B. die Bildung von Stickoxiden, reduziert.
Obwohl es ausreichend ist, die Flüssigkeitsstrahlpumpe mit reinem Wasser als Sorptionsmittel zu betreiben, kann es in einigen Fällen sinnvoll sein, bestimmte Stoffe zuzusetzen, um die Effektivität des Auswaschens zu verbessern. Aus diesem Grund ist in einer weiteren Fortführung der Erfindung im Flüssigkeitskreislauf nach der Flüssigkeitsstrahlpumpe eine pH- Elektrode vorgesehen, die mit einem Regler verbunden ist, der eine Dosierpumpe zur Zudosierung von Lauge oder Säure in den Flüssigkeitskreislauf ansteuert. So ist es vorteilhaft, ein basisches Sorptionsmittel zuzudosieren, wenn beispielsweise saure Gase (HF, HCl) ausgewaschen werden sollen.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekenn- zeichnet, daß die Flüssigkeitsstrahlpumpe und der Flüssigkeitskreislauf mit einem Vorratsgefäß für die Sorptionsflüssigkeit verbunden ist und daß an dem Vorratsgefäß eine Saugleitung angeschlossen ist, die mit einer Absaugung für das gereinigte Abgas verbunden ist.
Es ist weiterhin von Vorteil, wenn in der Absaugleitung wenigstens ein Aerosolfilter angeordnet ist, der feste und/oder flüssige Aerosole aus dem Abgas zurückhält.
Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnungsfigur ist eine praktische Ausführung eines erfindungsgemäßen Abgasreini- gungssystems schematisch dargestellt.
Das Abgasreinigungssystem besteht aus einem senkrecht angeordneten Reaktionsraum 1, der an seinem oberen Ende mit einer Plasmaquelle 2 verbunden ist. Diese Plasmaquelle 2 ist dabei so angeordnet, daß angeregte Teilchen aus der Plasmaquelle in den Reaktionsraum eingekoppelt werden können. Als Plasmaquelle 2 kommt eine Mikrowellenquelle in Betracht, die bei einer Frequenz von 2,45 GHz arbeitet und für eine Leistung von bis zu 6 kW ausgelegt ist.
Der Reaktionsraum 1 weist weiterhin an seinem oberen Ende einen oder mehrere Eingänge 4 für die zu entsorgenden Gase oder Dämpfe, z.B. Prozeßabgase aus Prozessen der Halbleiterfertigung, sowie eine oder mehrere seitliche Eingänge 5 für Zusatzgas auf. Als Zusatzgase kommen Sauerstoff und/oder Wasserstoff bzw. Wasserdampf in Betracht. Wenn die Gase oder Dämpfe und das Zusatzgas direkt in die Plasmaquelle eingespeist werden sollen, ist diese ebenfalls mit einem oder mehreren Eingängen 4' für die Gase oder Dämpfe und einem oder mehreren Eingängen 5' für Zusatzgas zu versehen.
Das untere Ende des Reaktionsraumes 1 ist mit einem Auslaß 17 versehen, der mit der Ansaugöffnung 21 einer Flüssigkeitsstrahlpumpe 3 verbunden ist. Die Flüssigkeitsstrahlpumpe 3 ist Bestandteil eines Flüssigkeitskreislaufes, in dem eine Kreislaufpumpe 6 angeordnet ist. Die Kreislaufpumpe 6 ist vorzugsweise als druckluftbetriebene Membranpumpe ausgebildet, welche die als Sorptionsmittel für die flüssigen, festen oder lösli- chen Bestandteile des Abgases verwendete Flüssigkeit aus einem Vorratsgefäß 7 saugt und zu der Flüssigkeitsstrahlpumpe 3 fördert .
Die Flüssigkeitsstrahlpumpe 3 hat die Funktion, in dem Re- aktionsraum 1 und in der Plasmaquelle 2 einen Unterdruck von einigen 10 mbar zum Zünden des Plasmas zu erzeugen und während der Behandlung des Abgases einen Unterdruck aufrechtzuerhalten und weiterhin die Aufgabe, das in dem Plasma behandelte Abgas aus dem Reaktionsraum 1 zu fördern. Die Größe des von der Flüssigkeitsstrahlpumpe 3 erzeugten Unterdruckes hängt einerseits von der Pumpengröße und andererseits von der Menge der eingespeisten Gase, der geförderten Flüssigkeitsmenge und deren Temperatur der Flüssigkeit (Dampfdruck) ab. Aus diesem Grund ist es zweckmäßig, im Flüssigkeitskreislauf eine Kühlung der Flüssigkeit bzw. des Sorptionsmittels vorzusehen. Hierzu kann das Vorratsgefäß 7 mit einer Kühleinrichtung 20 versehen werden.
Der Druck im Reaktionsraum 1 wird durch einen Drucksensor 8 gemessen, dessen elektrisches Signal über einen Regler 9 die Kreislaufpumpe 6 so ansteuert, daß der Druck im Reaktionsraum auf einen optimalen Wert geregelt wird. Eine zweite Möglichkeit zur Druckregelung besteht darin, den Regler 9 mit einer Drosselklappe 19 zu koppeln und über die angesaugte Neben- luftmenge den Druck auf optimale Werte zu regeln.
Das Sorptionsmittel hat in der Flüssigkeitsstrahlpumpe 3 einen intensiven Kontakt zum bereits das Plasma durchlaufene Abgas, entfernt dabei feste und lösliche Bestandteile aus dem Abgas und fließt von der Flüssigkeitsstrahlpumpe 3 in das Vorratsgefäß 7 zurück.
In diesem Rückfluß befindet sich eine pH-Elektrode 10, die den pH-Wert der vorbeiströmenden Sorptionsflüssigkeit mißt und über einen Regler 11 eine Dosierpumpe 12 ansteuert, mit deren Hilfe Lauge oder Säure in den Flüssigkeitskreislauf dosiert werden kann, um den pH-Wert auf einem vorgegebenen Wert kon- stant zu halten.
Das im Reaktionsraum 1 im Plasma umgesetzte und in der Flüssigkeitsstrahlpumpe 3 mit dem Sorptionsmittel behandelte Abgas verläßt das Vorratsgefäß 7 über eine Saugleitung 13, die mit einer nicht dargestellten Absaugung verbunden ist.
In der Saugleitung 13 sind ein oder mehrere Aerosolfilter 14 untergebracht, die feste und/oder flüssige Aerosole zurückhal- ten. Diese Aerosolfilter 14 können kontinuierlich oder diskontinuierlich gereinigt werden, indem über eine oder mehrere Sprühdüsen 15 Wasser und/oder Sorptionsmittel eingespeist wird. Dieses Wasser bzw. Sorptionsmittel fließt in das Vorra- tasgefäß 7 zurück, so daß die Menge des Sorptionsmittels im Flüssigkeitskreislauf ständig vergrößert wird.
Um ein Überlaufen zu vermeiden, wird am Boden des Vorratsgefäßes 7 das verbrauchte Sorptionsmittels gemeinsam mit festen Bestandteilen mittels einer Pumpe 16 abgesaugt.
Mit diesem beschriebenen Abgasreinigungssystem wird eine hohe Reinigungseffektivität sowohl für Fluorkohlenstoffverbindungen, als auch für die sonst in der Halbleiterfertigung üblichen Gase wie z.B. SiH4, PH3 , NF3 und NH3 erzielt, wenn im Druckbereich von ca. 700 bis 1000 mbar und einer Mikrowellenleistung bis ca. 6 kW gearbeitet wird. Als Zusatzgase werden Wasserdampf, aber auch Sauerstoff und Wasserstoff eingespeist. Zur Neutralisation der insbesondere bei der Umsetzung der Fluorkohlenstoffverbindungen oder NF3 entstehenden sauren Gase (HF) wird Kalilauge verwendet. Abgasreinigungssystem
Bezugszeichenliste
Reaktionsraum
Plasmaquelle
FlüssigkeitsStrahlpumpe , 4' Eingang für Gase oder Dämpfe , 5' Eingang für Zusatzgas
Kreislaufpumpe
Vorratsgefäß
Drucksensor
Regler pH-Elektrode 1 Regler
Dosierpumpe
Saugleitung
Aerosolfilter
Sprühdüse
Pumpe
Auslaß
Eingang für Nebenluft
Drosselklappe
Kühleinrichtung 1 Ansaugöffnung

Claims

AbgasreinigungsSystemPatentansprüche
1. Abgasreinigungssystem zur Entsorgung von umweltschädlichen und/oder toxischen Gasen oder Dämpfen, mit einem Reak- tionsraum, der mit einer Plasmaquelle verbunden ist, in der durch eingekoppelte Anregungsenergie ein Plasma ausgebildet ist, wobei der Reaktionsraum und/oder die Plasmaquelle mindestens einen Eingang für die Einspeisung der Gase oder Dämpfe und einen Auslaß für die in der Plasma- quelle und/oder im Reaktionsraum behandelten Gase oder Dämpfe aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Auslaß (17) des Reaktionsraumes (1) mit einer Flüssigkeitsstrahlpumpe (3) verbunden ist, daß die Flüssigkeitsstrahlpumpe (3) im Reaktionsraum (1) und in der Plasmaquelle (2) einen Unterdruck erzeugt und daß die in dem Plasma oder durch angeregte Teilchen behandelten Gase oder Dämpfe gemeinsam mit der durch die Flüssigkeitsstrahlpumpe (3) geleiteten Flüssigkeit und mit dieser vermischt aus dem Reaktionsraum (1) geleitet werden.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Flüssigkeitsstrahlpumpe (3) einen großen Querschnitt der Ansaugöffnung (21) aufweist .
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der durch die Flüssigkeitsstrahlpumpe (3) im Reaktionsraum (1) und in der Pias- maquelle (2) erzeugte Unterdruck im Bereich von < 30 mbar bis Atmosphärendruck liegt.
4. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Flüssigkeitsstrahlpumpe (3) mit einem Sorptionsmittel betrieben wird.
5. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Flüssigkeitsstrahl- pumpe (3) Bestandteil eines Flüssigkeitskreislaufes für das Sorptionsmittel ist.
6. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Flüssigkeitskreislauf gekühlt ist.
7. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Flüssigkeitskreislauf eine regelbare Kreislaufpumpe (6) zur Rege- lung der Fördermenge des Sorptionsmittels aufweist.
8. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Kreislaufpumpe (6) als druckluftbetriebene Membranpumpe ausgebildet ist.
9. Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Regelung des Unterdruckes in der Brennkammer durch die dosierte Einspeisung von Nebenluft erfolgt.
10. Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Reaktionskammer (1) und/oder die Plasmaquelle (2) wenigstens mit einem Eingang (5, 5') für Zusatzgase versehen ist.
11. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Eingang (5, 5' ) für Zusatzgas mit einer Quelle für Sauerstoff und/oder Wasser- stoff verbunden ist.
12. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Eingang (5, 5' ) für Zusatzgas mit einer Quelle für Wasserdampf verbunden ist.
13. Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Plasma in der Plasmaquelle (2) und im Reaktionsraum (1) als nicht-thermisches Plasma ausgebildet ist.
14. Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Anregungsfrequenz des Plasmas im Mikrowellenbereich liegt.
15. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Anregungsfrequenz des Plasmas bei 2,45 GHz liegt.
16. Abgasreinigungssystem nach den Ansprüchen 11 bis 13, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Mikrowellenleistung der Plasmaquelle bis 6 kW beträgt.
17. Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß im Flüssigkeitskreislauf nach der Flüssigkeitsstrahlpumpe (3) eine pH-Elektrode (10) angeordnet ist, die mit einem Regler (11) verbunden ist, der eine Dosierpumpe (12) zur Zudosierung von Lauge oder Säure in den Flüssigkeitskreis- lauf ansteuert.
18. Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Flüssigkeitsstrahlpumpe (3) und der Flüssigkeitskreislauf mit einem Vorratsgefäß (7) für die Sorptionsflüssigkeit verbunden ist und daß an dem Vorratsgefäß (7) eine Saugleitung (13) angeschlossen ist, die mit einer Absaugung für das gereinigte Abgas verbunden ist.
9. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß in der Saugleitung (13) wenigstens ein Aerosolfilter (14) angeordnet ist.
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