专利名称：同时脱除四氟化碳及伴生氮氧化物气体的系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种废气的处理系统和处理方法，尤其涉及一种同时脱除四氟化碳和氮氧化物的系统和方法。
背景技术：
四氟化碳(CF4)是全氟碳化物(简称PFCs)中最稳定的ー种气体，由于其在大气中具有较长的存在年限和強烈的红外吸收能力，可引发强烈的温室效应。CF4废气主要产生于半导体エ业，控制其排放在过去的三十年间在全球范围内引起強烈的关注。近几年来，随着我国半导体エ业的快速发展，CF4排放量逐年増加。国内相关资料显示，我国在CF4削減技术研究方面尚未起步，这将制约我国半导体エ业以及与CF4排放相关エ业的可持续发展，开展削减CF4排放的相关工作符合我国的环境保护和经济发展战略。目前对于削減CF4等PFCs排放主要有四个途径1)选择可以替代PFCs的新的化学物质；2)生产エ艺优化；3)对PFCs循环再利用；4)对排放的PFCs气体进行末端治理。虽然前三个措施更加符合清洁生产的原则，但是因为产生PFCsエ业的エ艺现状和经济成本等条件制约，末端治理脱除PFCs气体成为目前比较行之有效的方法。对于PFCs气体的末端治理去除，国外目前有很多エ艺，包括燃烧方法，热催化氧化方法，等离子体分解方法等。燃烧エ艺是向燃烧炉内加入天然气或氢气作为燃料，可以去除90%以上的C2F6, NF3和SF6，但是对于CF4的去除却很少，其主要是因为CF4性质更稳定，不易被去除。燃料的加入使处理成本增加，另外对于副产物，例如HF的收集处理也存在困难，而且燃烧会产生氮氧化物(NOx)和燃料不完全燃烧产物，这些物质会形成二次污染。热催化氧化工艺将热分解和催化分解有效的结合，可以有效的分解PFCs，产生的NOx比较少，但是对反应设备要求很高，且存在催化剂失效，定期需要更换催化剂，运行成本高等诸多问题。等离子体方法处理PFCs需要的设备体积小，运行费用相对较低。其中，微波等离子体与介质阻挡放电、直流电弧、射频等离子体相比，具有能量利用率高，无电极污染，电子密度高，等离子体分布均匀等优点，是进行化学合成与分解，材料表面改性，有害气体降解脱除的理想エ艺，但该方法仍然存在耗能较大、有NOx伴生废气等的缺点。近年来催化剂与等离子体联合应用去除有害气体成为研究的热点。国外许多学者通过在等离子体反应室中添加固体催化剂，通过等离子体激发催化剂的催化活性，产生等离子体与催化对污染物质的联合去除作用。目前研究的较多的是介质阻挡放电产生的等离子体或表面波等离子体与催化剂的联合作用，微波等离子体处理CF4技术是二十世纪九十年代发展起来的新エ艺，而催化剂辅助微波等离子体同时脱除CF4和NOx未见报道。公告号为CN201454385U的实用新型专利公开了ー种去除全氟碳化物气体的系统，该系统的等离子体反应装置与催化反应装置为一体结构，即装有催化剂床层的反应管的高度和直径为固定的，导致其装载催化剂的容量受到限制，对含有不同浓度PFCs的待处理气体的处理效果非常不稳定，并且不能去除PFCs处理过程中产生的NOx气体。发明内容本实用新型的目的在于提供一种用于同时脱除CF4和NOx的催化剂辅助常压微波等离子体系统，其目的在于在较低能耗的情况下，同时有效去除CF4和NOx气体，且去除效果稳定。本实用新型所述的同时脱除CF4和NOx气体的系统主要包括以下装置流量控制器(或阀门)、等离子体反应装置、催化反应装置和尾气处理装置。本实用新型所述催化反应装置通过法兰或螺扣连接在等离子体反应装置和尾气处理装置之间，使催化反应装置可调换。由于催化反应装置可调换，使催化剂填充量可调，从而可以提高催化剂的利用率；也可以根据待处理气体的组分和浓度的差异，方便的更换催化剂的种类，从而获得高效的处理效果。本实用新型的等离子体反应装置包括石英管反应器、波导管和微波发生装置，波导管和石英管反应器采用中心点直接耦合方式连接。本实用新型中可调换的催化反应装置包括石英管；所述石英管内填充有催化剂床层，并且石英管外壁包有保温层。现有技术中，由于催化剂床层处于室温状态，因此等离子体反应装置中产生的高温等离子体火焰经过催化剂床层的过程中会逐步降温，导致催化剂催化活性的降低，从而降低待处理气体的处理效果。而本实用新型在石英管外壁设置保温层，可对高温等离子体火焰保温，保证催化剂的活化和高效利用。本实用新型的尾气处理装置的尾气进ロ通过倾斜管路与吸收室连接，在吸收室的顶部设有尾气出口。进ー步的，本实用新型在尾气进ロ处还设有多孔隔垫。多孔隔垫和倾斜管路可有效提高尾气与吸收剂之间的接触时间，提高气体的处理效果。本实用新型中多孔隔垫为多孔片状或网状结构；所述多孔隔垫材料为金属或高分子聚合物，该多孔垫起到了将尾气吸收剂充分分散、増加吸收剂与尾气接触面积的作用。为进一歩提高处理效果，本实用新型将吸收室与管路通过泵(液体泵或粉体输送泵)连接，使吸收室内的吸收剂充分循环利用，并对NOx和氢氟酸气体进一步去除。以上所述流量控制器可用阀门替代。本实用新型先使用微波等离子体处理CF4气体，再使用催化剂对微波等离子体未分解的CF4-—步处理，并同时脱除微波等离子体处理过程中产生的NOx,体。由于微波等离子体具有高温，并且在大气压下可产生大量高強度紫外射线、自由基活性粒子，对催化剂有活化作用。通过热电偶对反应器出ロ附近的尾气温度检测发现温度在300-900K左右，这些紫外线和高温热量蕴含着大量能量，可利用等离子体的余热加热催化剂。如此高强度的紫外辐射、活性粒子和高温气流，在利用余热的同时，进ー步激发催化剂，提高催化剂的活性。本实用新型装置中，催化反应装置的可调换，使催化剂填充尺度可调，使CF4和伴生NOx气体在大气压下均被高效去除。因此本实用新型提供的装置及方法中催化剂的添加既可以提高CF4的去除率和能量利用效率，又可以减少副产物NOx生成；此外，尾气处理装置中的多孔隔垫和倾斜管路可有效提高尾气与吸收剂之间的接触时间，循环处理可充分的利用吸收齐U，对NOx可进ー步去除并可有效去除氢氟酸气体。本实用新型处理量大，是ー项很具有实用前景的环境友好型技木。本实用新型从以下几个方面提高了催化剂的利用效率首先，本实用新型将催化反应装置设计为可调换的结构，可根据待处理气体的组成及浓度，随时、方便的更换催化剂的种类、用量、结构及形态，避免了因催化剂的容量受限而对含有不同浓度CH4的待处理气体的处理效果不稳定的缺陷；其次，本实用新型在催化反应装置的石英管外壁设置保温层，可对高温等离子体火焰保温，保证了高温微波等离子体对催化剂的活化效果，避免了由于温度的降低而减弱对催化剂的活性效果。本实用新型除了对催化剂利用效率的改善效果明显之外，还提高了尾气的处理效果本实用新型通过在尾气进ロ设置多孔隔垫以及利用倾斜管路増加了尾气与吸收剂之间的接触时间，并且通过泵将吸收剂循环利用，最大限度的发挥了尾气吸收装置对NOx和氢氟酸气体的去除作用。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进ー步说明。
图1为本实用新型的系统示意图。图中1、待处理气体入口 ；2、流量控制器；3、石英管反应器；4、等离子体火焰；5、波导管；6、微波发生装置；7、法兰或螺扣；8、催化剂床层；9、保温层；10、热电偶；11、尾气进ロ ；12、倾斜管路；13、泵；14、尾气出ロ ；15、石英管；16、管路；17、吸收室。
具体实施方式
本实用新型一种同时脱除CF4和NOx气体的系统，主要包括以下装置流量控制器2、等离子体反应装置、催化反应装置和尾气处理装置。本实用新型所述催化反应装置通过法兰或螺扣7连接在等离子体反应装置和尾气处理装置之间，使催化反应装置可调换。本实用新型的等离子体反应装置包括石英管反应器3、波导管5和微波发生装置6，波导管和石英管反应器采用中心点直接耦合方式连接。本实用新型中可调换的催化反应装置包括石英管15 ;所述石英管内填充有催化剂床层8，并且石英管外壁包有保温层9。本实用新型的尾气处理装置的尾气进ロ 11通过倾斜管路12与吸收室17连接，在吸收室的顶部设有尾气出口 14。进ー步的，本实用新型在尾气进ロ处还设有多孔隔垫。多孔隔垫和倾斜管路可有效提高尾气与吸收剂之间的接触时间，提高气体的处理效果。本实用新型中多孔隔垫为多孔片状或网状结构。本实用新型还将吸收室与管路16通过泵连接，使吸收室内的吸收剂充分循环利用，并对NOx和氢氟酸气体进ー步去除。实施例1在待处理气体输入ロ I处设置有一流量控制器2，流量控制器通过管路连接到石英管反应器3，在石英管反应器的内部通过微波产生等离子体4，所述等离子体由微波发生器6通过波导管5提供能量，波导管和石英管反应器采用中心点直接耦合方式连接；石英管反应器与催化反应装置的石英管15之间采用法兰或螺扣7连接，使填充催化剂的石英管内径和长度可调。待处理气体经等离子体处理后，再经过催化剂床层进行反应，填充催化剂装曾的石英管反应器壁外侧包有保温层9。处理后的气体通过法兰或螺扣进入尾气处理装置中，尾气进ロ 11处设置多孔隔垫，采用泵13将吸收室17内的吸收剂循环致管路16，最終经尾气出口 14排入大气。
权利要求1.一种同时脱除四氟化碳及伴生氮氧化物气体的系统，包括流量控制器(2)、等离子体反应装置、催化反应装置和尾气处理装置，其特征在于所述催化反应装置通过法兰或螺扣(7)连接在等离子体反应装置和尾气处理装置之间，使催化反应装置可调换；所述催化反应装置包括石英管(15);所述石英管内填充有催化剂床层(8)，石英管外壁包有保温层(9);所述尾气处理装置的尾气进口( 11)通过倾斜管路(12)与吸收室(17)连接，在吸收室的顶部设有尾气出口(14)。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述吸收室(17)与管路(16)通过泵(13) 连接，使吸收室内的吸收剂循环利用。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于在尾气进口(11)处设有多孔隔垫。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于所述多孔隔垫为多孔片状或网状。
5.根据权利要求3或4所述的系统，其特征在于所述多孔隔垫的材料为金属或高分子聚合物。
专利摘要本实用新型提供一种同时脱除四氟化碳及伴生氮氧化物气体的系统。系统包括流量控制器、等离子体反应装置、催化反应装置和尾气处理装置；催化反应装置通过法兰或螺扣连接在等离子体反应装置和尾气处理装置之间，使催化反应装置可调换。催化反应装置包括石英管；石英管内填充有催化剂床层，石英管外壁包有保温层。尾气处理装置的尾气进口通过倾斜管路与吸收室连接，在吸收室的顶部设有尾气出口。本实用新型具有四氟化碳脱除效率高，能耗低、无二次污染的特点。
文档编号B01D53/76GK202844847SQ201220470999
公开日2013年4月3日 申请日期2012年9月14日 优先权日2012年9月14日
发明者朱小梅, 孙冰, 解宏端, 张连政 申请人:大连海事大学