专利名称：旋涡式反应腔毒性气体处理装置及方法
技术领域：
本发明定关于一旋涡式反应腔毒性气体处理装置及方法，特别是关于一种洗刷反应器的内壁面方式，不需外力即可将气体引入反应腔中，用以减少毒性气体于裂解过程中所生的小分子固体堆积于反应器内壁，进而延长反应器需做定期清洗的时间。
背景技术：
全气化物定温室管制气体之一，其中SF6、HFCs及PFCs等主要为人造的温室气体成分。虽然HFCs及PFCs不会耗损臭氧层，但皆为强效温室气体，其高全球温暖化潜势指数值(Global Waring Potental or GWP)高过二氧化碳千倍，能停留在大气层中相当长时间，具极长的生命期，在大气中的累积效应为不可逆的。近年来半导体制程(如在干蚀刻化学气相沉积的清腔程序等)广泛地使用CF4、C2F6、C3F8、NF3等氟化物(Perfluorocompounds or PFCs)做为制程气体，而这些气体仅少部分在制程中真正被使用掉，剩余的大部分如化学气相沉积制程中(ChemicalVapor Deposition；CVD)约剩余90％则当作废气排放，造成温室效应的重要来源。由于半导体产业发达的各国已有共同认知及协议未来将制定法规减少PFCs气体的排放，台湾半导体产业亦将受到此协议的约束。但目前半导体设备元件的制造技术中全氟化物的使用量随着半导体制程的进步与日俱增，因此需要管制与处理避免环境公害的产生，以及采用新的PFCs废气处理系统，以因应未来更加严苛的废气排放标准。
目前毒性气体废气处理装置，以高温裂解及洗涤除害的设计原理为主的装置拥有最佳的效能，是使用电浆方式(plasma)进行高温裂解。如图1所示，其特征在于引入废气与电浆直接作用，再进入反应腔内处理，并于反应腔出口处设置一喷水器组，废气经过喷水器组降温后，再引入一湿式洗涤塔处理后予以排放，此一湿式洗涤塔的循环用水设有一水槽供应。
其运作如下反应器110包括废气进口111、电浆火炬112、反应腔113三个部分，其中该反应腔内部是以耐火断热材料构筑而成。电浆火炬112经所生的极高温束流与由废气进口111进入的毒性气体废气，在反应腔113中毒性气体废气瞬间被热解、原子化或离子化，形成如氢(H2)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)和氟化氢(HF)等的产物。接续，在反应器110的反应腔113出口处，设置一喷水器组120，由此喷出的水雾吸收热量使产物迅速降温，并溶解产物中的部分氟化氢(HF)。而其余落下于水槽表面的产物，水槽再以底部排水方式将废水排出。因高温影响气体的溶解度，所以在产物经喷雾冷却后，通过一过滤器140过滤杂质及固体物，再将废气引入一湿式洗涤塔150内部填有高表面积填充物。毒性气体废气在经过此一湿式洗涤塔150时，其夹带的固体物，例如，含硅粉末等，可以被洗净滤除，同时氟化氢在此也被吸收，于处理氟化氢产物时，喷出的水雾可加硷液中和氟化氢酸性。但依现况而言，在科学园区设有废水处理场，通常含氟废水可由废水处理场处理，因此，水槽的储水可做批次排放或连续排放至废水处理场即可。当废气来源所提供的气流静压不足时，湿式洗涤塔150后端可加置一风车160以补足静压，顺利排出设计的风量值。
惟现有技术中，为增进毒性气体废气处理效率，由半导体及其他工业制程所产生的有害废气，例如C2F6、SiH4、CF4、NF3、CHF3等往往同时于反应器中处理反应。其反应方程序如下
其中所有废气反应的产物皆为气体，除SiH裂解后所生的SiO2固体容易吸附于反应器内壁，为维持反应器效能，需更频繁的清洗内壁，故有降低设备寿命及提高企业成本的缺点。
发明内容
本发明的主要目的在于一种旋涡式反应腔毒性气体处理装置及方法，在不需外力的状况下即可将气体引入反应腔中，在进行反应的同时刷洗反应器的内壁面吸附的小分子固体。
本发明的另一目的在于一种旋涡式反应腔毒性气体处理装置及方法，利用反应的气体气体造成速度场所生的力洗刷内壁面吸附的小分子固体。
本发明的另一目的在于一种旋涡式反应腔毒性气体处理装置，在第一水槽与第二水槽设有连接水管，有效的将小分子由第一水槽带出。
本发明的技术方案是本发明一种旋涡式反应腔毒性气体处理方法，其特征在于，包含(a)废气通过火炬进入反应腔，其所述废气在所述反应腔瞬间被热解形成废气产物，其所述的废气产物为气态分子和固体小分子的组成；(b)由所述的反应腔的一反应腔气体入口引入气体，由其引入气体的速度场所生的力洗刷所述反应腔内壁，将附着在所述反应腔内壁的所述固体小分子清除；(c)所述气态分子经由一水槽组溶解所述气态分子中部分氟化氢并带走漂浮在所述水槽组水表面的所述固体小分子；和(d)湿式洗涤塔处理剩余的所述气态分子和固体小分子。
其中所述的反应腔是包含废气进口、一火炬、一反应腔、一反应腔空气入口。
其中所述的火炬是为电浆方式、电热方式和瓦斯方式其中之一形成。
其中所述的反应腔气体入口数目可为复数。
其中所述的反应腔与所述的反应腔气体入口成垂直，使所述气体是以切线方向进入所述反应腔。
其中所述气体是为惰性气体如氮气。
其中所述水槽组包含一个水槽，与所述反应腔相连。
其中所述水槽组包含有第一、第二水槽，其中与反应腔间的位置关系，由上至下依序是反应腔、第一水槽和与第二水槽，其中所述第一水槽与所述第二水槽间由一连接器连接。
其中连接器上端开口在其连接的上水槽内突出底部，接近但低于正常水面处，其下端开口则在其连接的下水槽内部，用以带走步骤(c)中漂浮于水表面所述的固体小分子。
本发明一种旋涡式反应腔毒性气体处理方法，其特征在于，包含(a)废气经由废气进口引入反应腔中，由火炬提供高热让所述废气进行裂解形成的由气态分子和固体小分子组成的废气产物，其中所述废气进口与所述反应腔成垂直；(b)所述气态分子经由一水槽组溶解所述气态分子中部分氟化氢并带走漂浮在所述水槽组水表面的所述固体小分子；和(c)湿式洗涤塔处理剩余的所述废气产物。
其中所述的反应腔是包含废气进口、一火炬、一反应腔。
其中所述的火炬是为电浆方式、电热方式和瓦斯方式其中之一形成。
其中所述的废气进口数目可为复数。
其中所述的废气进口由于所述反应腔垂直，其当引入所述废气产生的速度场所生的力可洗刷所述反应腔内壁。
其中所述的水槽组包含一个水槽，与所述反应腔相连。
其中所述的水槽组包含有第一、第二水槽，其中与反应腔间的位置关系，由上至下依序是反应腔、第一水槽和与第二水槽，其中所述第一水槽与所述第二水槽间由一连接器连接。
其中所述的连接器，上端开口在其连接的上水槽内突出底部，接近但低于正常水面处，其下端开口则在其连接的下水槽内部，用以带走步骤(b)中漂浮于水表面所述的固体小分子。
本发明一种旋涡式反应腔处理毒性气体装置，其特征在于，包含一反应腔；一反应腔气体入口，位于所述反应腔上并与所述的反应腔成垂直，使气体是以切线方向进入所述的反应腔；一水槽组，其中所述的水槽组与所述反应腔相连接；以及一湿式洗涤塔，其中所述的水槽组与所述的湿式洗涤塔相连；其中废气与火炬直接混合进入所述反应腔内反应，在反应中外来气体将被引入所述反应腔气体入口用以带走吸附于所述反应腔内壁的反应后固体小分子；而后，反应后部份产物落于所述水槽组后经过分离及沉淀过程后排放，其余部分再引入所述湿式洗涤塔处理后予以排出。
其中的反应腔包含至少一废气进口组和所述火炬所组成。
其中所述反应腔气体入口可为复数个。
其中所述的火炬是为电浆方式、电热方式和瓦斯方式中其中之一形成。
其中所述的反应腔的气体进口数目可为复数。
其中所述的外来的气体由于与所述反应腔垂直，其当引入所述气体产生的速度场所生之力可洗刷所述反应腔内壁。
其中所述的外来气体是为惰性气体如氮气。
其中所述的水槽组包含有第一、第二水槽，其中与所述反应腔间的位置关系，由上至下依序是反应腔、第一水槽和与第二水槽，其中所述第一水槽与所述第二水槽间由一连接器连接。
本发明一种旋涡式反应腔处理毒性气体装置，其特征在于，包含一反应腔，其中一废气进口位于所述反应腔上且与所述的反应腔成垂直，使废气是以切线方向进入所述的反应腔；一水槽组，其中所述的水槽组与所述反应腔相连接；以及一湿式洗涤塔，其中所述的水槽组与所述的湿式洗涤塔相连；其中废气由所述废气进口与火炬直接混合进入所述反应腔内反应，并同时带定吸附于所述反应腔内壁上反应后的固体小分子；而后反应产物落于所述水槽组后经过分离及沉淀过程后排放，其余部分再引入所述湿式洗涤塔处理后予以排出。
其中的反应腔包含至少所述废气进口组和火炬所组成。
其中所述废气进口可为复数个。
其中所述的火炬是为电浆方式、电热方式和瓦斯方式中其中之一。
其中所述水槽组包含一个水槽，与所述反应腔相连。
其中所述水槽组包含有第一、第二水槽，其中与所述反应腔间的位置关系，由上至下依序是反应腔、第一水槽和与第二水槽，其中所述第一水槽与所述第二水槽间由一连接器连接。
为进一步说明本发明的技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中图1是现有技术毒性气体废气处理装置。
图2是本发明实施例毒性气体废气燃烧炉焚化处理装置。
图3A和B是本发明的制程排气口上下游，正面剖面速度场的模拟图。
具体实施例方式
本发明可运用在工厂为处理全氟化物(PFCs)的废气时，引入气体形成旋涡气流用以清洗在燃烧全氟化物(PFCs)过程中会附着于反应腔内壁的产物。
请参阅图2，为本发明毒性气体废气燃烧炉焚化处理装置。与一般废气燃烧炉焚化处理相同是先引入废气与电浆直接混合，再进入反应腔内处理，再于反应腔出口处设置一喷水器组，将废气及其所携带的固体小分子经过喷水器组降温后，引入一湿式洗涤塔处理后予以排放，且此一湿式洗涤塔的循环用水设有一水槽供应的。不同的是处理过程中本发明的处理装置引入气体，由其气体产生的速度场所生的力洗刷反应器的内壁吸附的固体小分子。其运作方式如下电浆反应器310包括一废气进口311、一电浆火炬312、一反应腔313、一反应腔气体入口314四个部分，其中反应腔内部是以耐火断热材料构筑而成，在电浆火炬加热下，可形成高温环境。毒性气体废气由废气进口311进入反应腔313，通过电浆火炬312的极高温(10,000℃)电浆束流，毒性气体废气在反应腔313中，瞬间被热解、原子化或离子化，其化学键因而被瓦解摧毁，形成一些简单易于处理的分子或原子如氢、一氧化碳、二氧化碳和氟化氢等，并产生易吸附于内腔表面的固体小分子如二氧化硅等含硅粉末。
为了清除内腔表面的固体分子，本发明是在反应腔313本体制作出一个以上与腔体垂直的反应腔气体入口314用以引入气体，使气体入口方向是以切线方向进入反应腔，由其引入气体的速度场所生的力洗刷反应器及其随后通道的内壁。由于，在进行燃烧废气过程中，其反应腔313内为负压状态。因此，不需任何外力协助即可将气体由反应腔气体入口314引入反应腔313中，其所述引入的气体以不参与反应的惰性气体为主如氮气。
为达到清除反应腔中固体小分子的目的，若不想在反应腔313形成反应腔气体入口314，亦可在引入废气的废气进口311做类似的设计。也就是说，废气进口311设计与反应腔313垂直，如此，其进入的废气亦会有速度场所生的力用来洗刷反应器及其随后通道的内壁。本实施例亦做出制程设备相关速度场的模拟图，以四个废气进口为例进气量为50LPM，如图3A和B所示，可证实所引入的气体确实可达到刷洗内壁的功用。
燃烧反应后废气产物落入第一水槽330，其内的一喷水器组320喷出水雾，由此水吸收热量使产物迅速降温，并溶解废气产物中部分氟化氢(HF)，但由于高温影响产物的溶解度，所以在废气产物经喷雾冷却后，经过第一水槽330及用一过滤器340过滤杂质及固体物，再将废气产物引入一湿式洗涤塔350内部填有高表面积填充物。废气产物在经过此一湿式洗涤塔350时，其夹带的固体物，例如，含硅粉末等，可以被洗净滤除，同时气化氢在此也被吸收，于处理气化氢产物时，喷出的水雾可加硷液中和气化氢酸性。
因高温影响所以废气产物中的固体小分子落下悬浮在第一水槽330水面表面，不易由传统的底部排水方式将这些固体小分子带离水槽，将影响湿式洗涤塔吸收的效能。因此将第一水槽330中由固体小分子和水组成的溶液，透过开口突出至接近上水槽水面的一连接水管332，将第一水槽330水表面的小分子由水流带到第二水槽331进行沉淀；如此经适当时间后，小分子会沉淀至第二水槽331底部，此时再透过底部排水方式，便能有效的将小分子全部带出。其余未溶解的废气产物及其夹带的固体物，例如，含硅粉末等，再经过滤器340被引入一湿式洗涤塔350，完成后续处理动作，最后由风车360将符合环保标准的气体排出。当废气来源所提供的气流静压不足时，湿式洗涤塔350后端可加置一风车360以补足静压，顺利排出设计的风量值。
本发明的实施例中是以电浆作为实施例以解说的，但本发明亦可运用于其他的燃烧方式如瓦斯或电热方式。其使用瓦斯或电热方式亦会在燃烧过程中遇到相同的问题，运用本发明可解决。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，不应用于局限本发明的可实施范围，凡根据本发明的内容所作的部份修改，而未违背本发明的精神时，皆应属本发明的范围。
此外，本发明于申请前并未曾见于任何公开场合或刊物上，因此本案深具“实用性、新颖性及创造性”的发明专利条件，故依法提出发明专利的申请。
权利要求
1.一种旋涡式反应腔毒性气体处理方法，其特征在于，包含(a)废气通过火炬进入反应腔，其所述废气在所述反应腔瞬间被热解形成废气产物，其所述的废气产物为气态分子和固体小分子的组成；(b)由所述的反应腔的一反应腔气体入口引入气体，由其引入气体的速度场所生的力洗刷所述反应腔内壁，将附着在所述反应腔内壁的所述固体小分子清除；(c)所述气态分子经由一水槽组溶解所述气态分子中部分氟化氢并带走漂浮在所述水槽组水表面的所述固体小分子；和(d)湿式洗涤塔处理剩余的所述气态分子和固体小分子。
2.如权利要求1所述的旋涡式反应腔毒性气体处理方法，其特征在于，其中所述的反应腔是包含废气进口、一火炬、一反应腔、一反应腔空气入口。
3.如权利要求1所述的旋涡式反应腔毒性气体处理方法，其特征在于，其中所述的火炬是为电浆方式、电热方式和瓦斯方式其中之一形成。
4.如权利要求1所述的旋涡式反应腔毒性气体处理方法，其特征在于，其中所述的反应腔气体入口数目可为复数。
5.如权利要求1所述的旋涡式反应腔毒性气体处理方法，其特征在于，其中所述的反应腔与所述的反应腔气体入口成垂直，使所述气体是以切线方向进入所述反应腔。
6.如权利要求1所述的旋涡式反应腔毒性气体处理方法，其特征在于，其中所述气体是为惰性气体如氮气。
7.如权利要求1所述的旋涡式反应腔毒性气体处理方法，其特征在于，其中所述水槽组包含一个水槽，与所述反应腔相连。
8.如权利要求1所述的旋涡式反应腔毒性气体处理方法，其特征在于，其中所述水槽组包含有第一、第二水槽，其中与反应腔间的位置关系，由上至下依序是反应腔、第一水槽和与第二水槽，其中所述第一水槽与所述第二水槽间由一连接器连接。
9.如权利要求7所述的旋涡式反应腔毒性气体处理方法，其特征在于，其中连接器上端开口在其连接的上水槽内突出底部，接近但低于正常水面处，其下端开口则在其连接的下水槽内部，用以带走步骤(c)中漂浮于水表面所述的固体小分子。
10.一种旋涡式反应腔毒性气体处理方法，其特征在于，包含(a)废气经由废气进口引入反应腔中，由火炬提供高热让所述废气进行裂解形成的由气态分子和固体小分子组成的废气产物，其中所述废气进口与所述反应腔成垂直；(b)所述气态分子经由一水槽组溶解所述气态分子中部分氟化氢并带走漂浮在所述水槽组水表面的所述固体小分子；和(c)湿式洗涤塔处理剩余的所述废气产物。
11.如权利要求10所述的旋涡式反应腔毒性气体处理方法，其特征在于，其中所述的反应腔是包含废气进口、一火炬、一反应腔。
12.如权利要求10所述的旋涡式反应腔毒性气体处理方法，其特征在于，其中所述的火炬是为电浆方式、电热方式和瓦斯方式其中之一形成。
13.如权利要求10所述的旋涡式反应腔毒性气体处理方法，其特征在于，其中所述的废气进口数目可为复数。
14.如权利要求10所述的旋涡式反应腔毒性气体处理方法，其特征在于，其中所述的废气进口由于所述反应腔垂直，其当引入所述废气产生的速度场所生的力可洗刷所述反应腔内壁。
15.如权利要求10所述的旋涡式反应腔毒性气体处理方法，其特征在于，其中所述的水槽组包含一个水槽，与所述反应腔相连。
16.如权利要求10所述的旋涡式反应腔毒性气体处理方法，其特征在于，其中所述的水槽组包含有第一、第二水槽，其中与反应腔间的位置关系，由上至下依序是反应腔、第一水槽和与第二水槽，其中所述第一水槽与所述第二水槽间由一连接器连接。
17.权利要求16所述的旋涡式反应腔毒性气体处理方法，其特征在于，其中所述的连接器，上端开口在其连接的上水槽内突出底部，接近但低于正常水面处，其下端开口则在其连接的下水槽内部，用以带走步骤(b)中漂浮于水表面所述的固体小分子。
18.一种旋涡式反应腔处理毒性气体装置，其特征在于，包含一反应腔；一反应腔气体入口，位于所述反应腔上并与所述的反应腔成垂直，使气体是以切线方向进入所述的反应腔；一水槽组，其中所述的水槽组与所述反应腔相连接；以及一湿式洗涤塔，其中所述的水槽组与所述的湿式洗涤塔相连；其中废气与火炬直接混合进入所述反应腔内反应，在反应中外来气体将被引入所述反应腔气体入口用以带走吸附于所述反应腔内壁的反应后固体小分子；而后，反应后部份产物落于所述水槽组后经过分离及沉淀过程后排放，其余部分再引入所述湿式洗涤塔处理后予以排出。
19.如权利要求18所述的旋涡式反应腔处理毒性气体装置，其特征在于，其中的反应腔包含至少一废气进口组和所述火炬所组成。
20，如权利要求18所述的旋涡式反应腔处理毒性气体装置，其特征在于，其中所述反应腔气体入口可为复数个。
21.如权利要求18所述的漩涡式反应腔处理毒性气体装置，其特征在于，其中所述的火炬是为电浆方式、电热方式和瓦斯方式中其中之一形成。
22.如权利要求18所述的漩涡式反应腔处理毒性气体装置，其特征在于，其中所述的反应腔的气体进口数目可为复数。
23，如权利要求18所述的旋涡式反应腔处理毒性气体装置，其特征在于，其中所述的外来的气体由于与所述反应腔垂直，其当引入所述气体产生的速度场所生之力可洗刷所述反应腔内壁。
24.如权利要求18所述的旋涡式反应腔毒性气体处理方法，其特征在于，其中所述的外来气体是为惰性气体如氮气。
25.如权利要求18所述的旋涡式反应腔毒性气体处理方法，其特征在于，其中所述的水槽组包含有第一、第二水槽，其中与所述反应腔间的位置关系，由上至下依序是反应腔、第一水槽和与第二水槽，其中所述第一水槽与所述第二水槽间由一连接器连接。
26.一种旋涡式反应腔处理毒性气体装置，其特征在于，包含一反应腔，其中一废气进口位于所述反应腔上且与所述的反应腔成垂直，使废气是以切线方向进入所述的反应腔；一水槽组，其中所述的水槽组与所述反应腔相连接；以及一湿式洗涤塔，其中所述的水槽组与所述的湿式洗涤塔相连；其中废气由所述废气进口与火炬直接混合进入所述反应腔内反应，并同时带定吸附于所述反应腔内壁上反应后的固体小分子；而后反应产物落于所述水槽组后经过分离及沉淀过程后排放，其余部分再引入所述湿式洗涤塔处理后予以排出。
27.如权利要求26所述的旋涡式反应腔处理毒性气体装置，其特征在于，其中的反应腔包含至少所述废气进口组和火炬所组成。
28.如权利要求26所述的旋涡式反应腔处理毒性气体装置，其特征在于，其中所述废气进口可为复数个。
29.如权利要求28所述的旋涡式反应腔处理毒性气体装置，其特征在于，其中所述的火炬是为电浆方式、电热方式和瓦斯方式中其中之一。
30.如权利要求26所述的漩涡式反应腔处理毒性气体装置，其特征在于，其中所述水槽组包含一个水槽，与所述反应腔相连。
31.如权利要求26所述的旋涡式反应腔处理毒性气体装置，其特征在于，其中所述水槽组包含有第一、第二水槽，其中与所述反应腔间的位置关系，由上至下依序是反应腔、第一水槽和与第二水槽，其中所述第一水槽与所述第二水槽间由一连接器连接。
全文摘要
本发明是提供一种旋涡式反应腔毒性气体处理装置及方法，使进入反应腔的气体是以切线方向进入反应腔，如此由其产生速度场的分布，具有将反应器及其随后通道的内壁面洗刷的功能，减少毒性气体于裂解过程中所生的小分子固体堆积于反应器内壁，进而延长反应器需做定期清洗的时间；此外，本发明为使气体将反应腔内壁所刷洗下来的小分子固体能被更有效的处理，更将后续的水槽组依功能区分为第一水槽及第二水槽两大部分，可有效将水槽组内悬浮于水面表面小分子全部带出。
文档编号F23G7/08GK1580636SQ0315265
公开日2005年2月16日 申请日期2003年8月4日 优先权日2003年8月4日
发明者郑石治 申请人:华懋科技股份有限公司