專利名稱：分解化合物的方法和設(shè)備的制作方法
概括地講，本發(fā)明涉及化合物的分解；更具體地講，本發(fā)明涉及但不限于將化合物分解成環(huán)境上可接受的物質(zhì)的方法和設(shè)備。
化合物，尤其是環(huán)境上不希望的物質(zhì)(可包括危險物質(zhì))如鹵代有機化合物或可揮發(fā)性有機化合物廣泛在生產(chǎn)領(lǐng)域用作反應(yīng)劑、溶劑和致冷劑。
眾所周知，這些環(huán)境上不希望的物質(zhì)因產(chǎn)生有害物質(zhì)和/或破壞同流層臭氧層和/或產(chǎn)生全球變暖作用而對人和環(huán)境有害。雖然這些環(huán)境上不希望的物質(zhì)廣泛用于工業(yè)、化學、汽車和藥物制造業(yè)，但顯然必須停止或嚴格限制這些物質(zhì)的使用，或必須改善這些物質(zhì)的破壞作用，以滿足日益增多的條款。
在許多生產(chǎn)局面下，不能不使用許多環(huán)境上不希望的物質(zhì)，因為目前無環(huán)境上可接受的替代物可以使用。因此，將環(huán)境上不希望的物質(zhì)分解成環(huán)境可接受和/或無害物的有效且價格合理的方法不僅對滿足防污染條款和保護環(huán)境是必須的，而且對持續(xù)生產(chǎn)許多要求使用環(huán)境上不能接受的物質(zhì)的產(chǎn)品也是必須的。
過去，分解或?qū)h(huán)境上不希望的物質(zhì)變成環(huán)境上可接受的物質(zhì)主要采用三種方法。第一種方法包括使用射頻(RF)誘發(fā)等離子反應(yīng)來分解環(huán)境上不希望的物質(zhì)。不過已證明，僅采用RF等離子誘發(fā)反應(yīng)的方法不能有效地以所需效率水平摧毀一些環(huán)境上不希望的物質(zhì)，而且還證明這種方法在成本效果方面不行。目前使用的裝置不能以合適的效率搗毀鹵代有機化合物。這種方法的缺點之一是很難以受控方式維持等離子體以破壞環(huán)境上不希望的物質(zhì)。
搗毀環(huán)境上不希望的物質(zhì)的第二種方法包括燒掉環(huán)境上不希望的物質(zhì)。由于燒掉大量的氫或烴形式的燒料，因此燒蝕法效率極低。另外，不能在真空下進行燃燒，因而用于生產(chǎn)的真空泵一定會受到環(huán)境上不希望的物質(zhì)的侵害，從而增加了真空泵的保養(yǎng)問題。在某些情況下，需要在真空下?lián)v毀環(huán)境上不希望的物質(zhì)以避免環(huán)境上不希望的物質(zhì)暴露到真空泵上。
分解環(huán)境上不希望的物質(zhì)的第三種方法包括利用低溫泵送將環(huán)境上不希望的物質(zhì)轉(zhuǎn)化成液體形式。環(huán)境上不希望的物質(zhì)的液體形式可以同收，但在環(huán)境上仍不安全，在處理和運輸方面仍有風險。這種方法的缺點是費用昂貴和要精心維護。另外，低溫泵送設(shè)備具有較大的底腳(footprint)。在許多生產(chǎn)情況下，大量產(chǎn)生環(huán)境上不希望的物質(zhì)的空間不能利用。另外，如果在冷凝形式自燃且仍為有害物的化合物可能冷凝的條件下采用低溫泵送，可能產(chǎn)生潛在的危險。由于這種危險，在許多工業(yè)中低溫泵送不是一種變通方案。
搗毀環(huán)境上不希望的物質(zhì)如鹵代有機化合物的效率目標為80％或更高。上述方法中沒有一種能在成本效果方面提供這種效率水平。所以，采用成本效果方面有效的方法搗毀環(huán)境上不希望的物質(zhì)是很期望的。
用于分解化合物的方法和設(shè)備包括一個反應(yīng)室，該反應(yīng)室具有一個入口以將化合物流輸送到反應(yīng)室和一個出口；一個裝在反應(yīng)室內(nèi)的元件；一種能產(chǎn)生能量用于加熱該元件的能源；以及一個通過物理方式偶連到反應(yīng)室入口的導管，用以引導化合物流碰撞該元件以便在加熱該元件時使化合物接收來自元件的熱。


圖1示出了本發(fā)明實施方案的側(cè)視圖；圖2示出了本發(fā)明部分的實施方案；圖3示出了用于本發(fā)明的元件的實施方案；圖4示出了本發(fā)明部分的實施方案；圖5示出了用于本發(fā)明的元件另一實施方案；圖6示出了用于本發(fā)明的元件另一實施方案；圖7示出了本發(fā)明部分的另一實施方案；圖8示出了本發(fā)明部分的另一實施方案；圖9示出了本發(fā)明部分的另一實施方案；以及圖10示出了可利用本發(fā)明的應(yīng)用的實施方案。
提供了一種分解或使化合物70(可以是環(huán)境上不希望的物質(zhì))反應(yīng)成目地產(chǎn)物77的設(shè)備和方法，其中產(chǎn)物77是所需的環(huán)境上可接受的物質(zhì)或在轉(zhuǎn)化成環(huán)境上可接受的物質(zhì)之前可進一步使用的物質(zhì)。
圖1示出了本發(fā)明設(shè)備的實施方案的簡化示意圖。提供殼體10以容納反應(yīng)室20。能源60可設(shè)立在殼體10內(nèi)或外。由能源60產(chǎn)生能62，傳遞到反應(yīng)室20。反應(yīng)室20的一部分壁必須能傳送由能源60產(chǎn)生的能62。其一個例子是由石英構(gòu)成并在反應(yīng)室20內(nèi)形成的窗。殼體10的壁應(yīng)當由含有來自能源60的能62的材料構(gòu)成。不銹鋼是這種材料的一個例子。殼體10具有一個入口12和出口14，分別物理偶連到反應(yīng)室20的入口22和出口24。反應(yīng)室20的入口22和出口24在反應(yīng)室20的壁內(nèi)以開孔形式示出。
反應(yīng)室20提供一個用于搗毀或分解化合物70的反應(yīng)區(qū)。化合物70定義為氣態(tài)化合物?；衔?0的例子是鹵代有機化合物、氫化物或由操作設(shè)備82產(chǎn)生的揮發(fā)性有機化合物。操作設(shè)備82的例子是用于半導體操作的RF等離子淀積或浸蝕設(shè)備。
化合物70必須引向或碰撞元件30以便以合適的效率分解化合物70。當分解化合物70時，可使其與反應(yīng)室20內(nèi)提供的反應(yīng)物(以下公開)反應(yīng)生成最終產(chǎn)物77。最終產(chǎn)物77由化合物70的分解部分構(gòu)成。最終產(chǎn)物最好是一種環(huán)境上可接受的物質(zhì)。最終產(chǎn)物77通過出口24和與反應(yīng)室24的出口物理偶連的導管50排出。通過導管50排出后，最終產(chǎn)物77可排放到大氣中，或流過洗滌系統(tǒng)，在此一部分最終產(chǎn)物77可與另一物質(zhì)反應(yīng)，再釋放到大氣中。洗滌系統(tǒng)是本領(lǐng)域公知的。
在某些應(yīng)用中，希望或者必須將反應(yīng)室抽真空?？刹捎梦锢砼歼B到導管50的真空泵79在反應(yīng)室20內(nèi)提供真空。因此，可將反應(yīng)室20置于產(chǎn)生化合物70的操作設(shè)備82和真空泵79之間。真空泵79可以是已用于操作設(shè)備82(真空下操作生產(chǎn)化合物)下游許多過程的相同的泵。
本發(fā)明的操作可以在100毫乇或以上的低壓下進行。不過，本發(fā)明的一個優(yōu)點是也可在約100—500乇下進行操作。雖然操作可在高于這種水平下進行，但實際上安全性要求妨礙了這種類型的設(shè)備在大氣壓(760乇)或高于大氣壓下操作。前面討論的搗毀化含物的先有技術(shù)的純RF等離子法僅能在毫乇范圍內(nèi)進行，而不能在乇范圍內(nèi)進行，因為你必須在低于1乇以下維護RF等離子體，但這要引入其它維持RF等離子體如氫燃料之類的高費用裝置。
反應(yīng)室20的尺寸很重要；反應(yīng)室20應(yīng)足夠大，以便化合物的停留時間足以允許搗毀化合物70。典型地，本發(fā)明設(shè)備的底腳足夠小，以便可鄰接產(chǎn)生化合物70的設(shè)備或作為頂部洗滌系統(tǒng)部分。
反應(yīng)室20壁的內(nèi)部最好由一種基本上不與化合物70或最終產(chǎn)物77反應(yīng)的材料構(gòu)成。反應(yīng)室20的壁(不包括能透過能62的部分)可以透過也可以不透過輻射能如反應(yīng)室20內(nèi)發(fā)生反應(yīng)放出的能和由元件30(以下介紹)輻射的能。
透明壁可以由石英構(gòu)成。透明壁提供了某些輻射能逃逸的手段。據(jù)認為，當搗毀某些類型的化合物70時，允許一些輻射能逃逸使反應(yīng)朝著最終產(chǎn)物(產(chǎn)物77)方向進行。如果一些輻射能留在反應(yīng)室內(nèi)，則反應(yīng)可能走其它途徑，朝化合物70方向進行。在反應(yīng)室20的壁由石英構(gòu)成的情況下，在化合物70和反應(yīng)壁石英之間無實質(zhì)性反應(yīng)發(fā)生，因為化合物70已被分解并與一部分元件30反應(yīng)生成最終產(chǎn)物77，和/或在一個實施方案中，石英不與能源60的能62感應(yīng)性地偶合，因此它仍保持冷卻(相對于元件30的溫度)，不提供必要的熱在接近其表面分解化合物70。
不透明壁可由金屬構(gòu)成，它不與能源60的能62偶合，帶有輻射能吸收層，例如帶有黑色陽極氧化或黑色二氧化錳涂層的鋼或鋁。據(jù)信，不透明壁將吸收和傳遞來自反應(yīng)室20的一些輻射能并使反應(yīng)朝最終產(chǎn)物77方向進行。另外，不透明壁的金屬還提供了其它一些材料中未見的耐蝕性。
元件30設(shè)置在反應(yīng)室20內(nèi)。元件30是板材，由可通過能源60加熱的材料構(gòu)成。在一個優(yōu)選實施方案中，被加熱的元件30的部分加熱到約200—1400℃。據(jù)認為，低于200℃的溫度將不使大多數(shù)化合物70分解。高于1400℃的溫度是不希望的，因為它們將開始熔化其中所用的材料。以下公開元件30不同實施方案的形狀、尺寸和組成。元件30可由支撐結(jié)構(gòu)35裝在反應(yīng)室20內(nèi)。支撐結(jié)構(gòu)35由能經(jīng)受反應(yīng)室20內(nèi)的溫度的材料構(gòu)成。石英是制造支撐結(jié)構(gòu)35的材料的例子。后面圖示和說明了另一支撐裝置。
某些反應(yīng)物最好設(shè)置在反應(yīng)室20內(nèi)，以便與分解的化合物70反應(yīng)，從而分解的化合物將不再結(jié)合。本發(fā)明的一個任選特征是將反應(yīng)物90引入反應(yīng)室20。反應(yīng)物90可由穿過殼10的入口80送入并進入反應(yīng)室20，另外，在通過導管48進入反應(yīng)室20之前，反應(yīng)物90也可與化合物70反應(yīng)。在一些方法中，反應(yīng)物90可與化合物70一起由設(shè)備82產(chǎn)生。
反應(yīng)物90是一種能與化合物70反應(yīng)生成全部或一部分最終產(chǎn)物77的物質(zhì)。反應(yīng)物90可以是氧化劑或還原劑，如水蒸汽、氧氣、氨氣、氫甲烷或與化合物70反應(yīng)的一氧化二氮。化合物70，C2F6與水反應(yīng)的例子如下。如果使用反應(yīng)物90，則元件30的撞擊面可以由或可以不由與化合物70不反應(yīng)的材料構(gòu)成。
能源60最好是電熱發(fā)生器，雖然可以使用其它裝置，如電子束。從成本、安全性以及凈化的角度看，不希望使用或燃燒燃料或使用電子束用加熱元件30。燃燒法是不希望的，因為它還產(chǎn)生了不希望的最終產(chǎn)物。當能源60由電熱發(fā)生器構(gòu)成時，至少一部分元件30必須由能源60電加熱到高于或等于200℃的溫度。
能源60最優(yōu)選由微波能源構(gòu)成。優(yōu)選微波能源是因為據(jù)認為為了破壞一些化合物70，必須利用微波能連同化合物70接收元件30的熱來分子振動化合物70。還相信，必須是微波能源，而不是在低頻下介電加熱的其它形式破壞某些化合物70，后者是利用其它頻率范圍低于0.9GHz的能源在適當效率下不能搗毀的。據(jù)信，不使用微波能源在適當效率水平不能分解C2F6。在不要求微波能源進行分解的場合，仍優(yōu)選微波能源，因其投資費用和操作費用等成本很低。
微波能源優(yōu)選在100—5,000瓦和0.9—10GHz微波頻率下操作。由于成本的原因，最優(yōu)選頻率為2.45GHz，而且美國聯(lián)邦政府已授權(quán)工業(yè)應(yīng)用這種頻率。當使用微波能源時，如圖1所示，最好使能源60從外部加到殼體10內(nèi)，而能62通過波導65提供給反應(yīng)室20。
當使用微波能源時，元件30必須由一種感應(yīng)性偶合微波能的材料構(gòu)成。感應(yīng)性偶合微波能的材料利用微波能直接加熱到等于或高于200℃的溫度。感應(yīng)性偶合微波能源的合適的材料的例子是鉛、鋅、錫、銻、銀、鐵、鈦、鎳和鈷或其任何合金。其它材料可以與微波能源偶合，但可能不是合適的，因為它們有毒或具有其它不需要的特性，如在操作溫度下?lián)]發(fā)。不與微波能感應(yīng)性偶合的材料的例子是銅、金、硅、石英、其它玻璃和陶瓷。不與微波能感應(yīng)性偶合的材料可以用與微波能感應(yīng)性偶合的材料摻雜。例如，元件30可以是由摻雜了任何上述與微波能偶合的材料的碳化硅構(gòu)成。
對本發(fā)明來說，將化合物70引入反應(yīng)室20的方式非常關(guān)鍵?；衔?0被引入到反應(yīng)室，以便它碰撞或撞擊元件30，由此發(fā)生熱壁反應(yīng)。如果元件30的形狀為圖1所示的具有兩個主表面的板型，則最好將元件30這樣放置，以便由化合物70碰撞的元件30的主表面實質(zhì)上不平行于化合物70的流體。表征這種情況的另一方式是使元件30的主表面設(shè)置在基本上與化合物30的流體垂直。
最佳方式是使化合物70的流體這樣引入到反應(yīng)室，以便化合物70是由例如鹵代有機化合物構(gòu)成時，它碰撞或撞擊具有實心碰撞面的元件30。鹵代有機化合物比例如揮發(fā)性有機化合物(如醇)的活化能高，而且據(jù)認為要求物理碰撞以達到合適的分解放率。
在圖1所示的實施方案中，導管40物理偶連到反應(yīng)室20的入口12和殼體10的入口24。導管40具有偶連到產(chǎn)生化合物70的操作設(shè)備82的入口端42和化合物70排出反應(yīng)室20的出口端41。通過在化合物70排入反應(yīng)室20側(cè)限部分時限制其流動并將流體對準元件30，導管40用于將化合物70引入反應(yīng)室20。在反應(yīng)室20內(nèi)的導管40部分應(yīng)由能源60提供的能62可以透過的材料如石英構(gòu)成。反應(yīng)室20外的導管40部分可由例如不銹鋼構(gòu)成。導管40的內(nèi)橫截面首先取決于化合物70的所需流速。導管40伸入反應(yīng)室20的目的是將流體對準元件30，且當能源60由微波能構(gòu)成時，在化合物70碰撞元件30之前或之中，將化合物70暴露到微波能下?？赡苄枰@種暴露以便以合適的效率分解某些化合物70。
為了獲得化合物70的最佳破壞效果，出口端44設(shè)置在盡可能接近元件30。這種設(shè)置并不一定是優(yōu)選的，因為在化合物70不回流到操作設(shè)備82的情況下，需要化合物70的非限制性流動。導管40的出口端44和化合物77引向的元件30的主表面之間的最小距離73最好是化合物70的流速不被改變的距離，也就是說，引向元件30的化合物70對產(chǎn)生化合物70的操作設(shè)備82是可透過的。這個最小距離也可以計算為在導管40的內(nèi)截面積等于散逸面積(被定義為導管40的內(nèi)截面的圓周長乘上出口端44和元件30的碰撞表面之間距離)情況下的距離。優(yōu)選該距離，這樣可以防止化合物70回流到產(chǎn)生化合物70的設(shè)備82并且不可能污染操作設(shè)備82。
如上所述，為達到最低80％的分解效率水平，化合物70必須被引向或碰撞元件30?；衔?0所引向的元件30的表面必須位于化合物70流體的通路中。為了通過傳導和/或輻射使元件30向化合物70熱傳遞出口端44離元件30的主表面必須足夠近(用距離73表示)，否則，化合物70的破壞就不可能在高于80％的效率水平上發(fā)生。
出口端44離元件30的距離不應(yīng)大于這樣一個距離，在該距離下，發(fā)生足夠多的化合物熱壁反應(yīng)從而以最低80％的效率水平分解化合物。在引向元件30的化合物70可透過操作設(shè)備82時，出口端44離元件30的距離乘以2被視為可獲得80％或更大破壞效率的最大距離。
另一種定義這個最大距離的方法是在散逸面積等于導管40內(nèi)截面積情況下，出口端44與元件30間的距離乘以2。據(jù)認為，將導管40的出口端44放置在遠于這個最大距離時會使太多化合物不能與元件30進行物理接觸和/或使化合物70不能從元件30接受熱量，因此，無法實現(xiàn)大于80％的分解效率。
達到合適的破壞效率所需的出口端44與元件30間的確切距離73將隨多種參數(shù)而變化，例如化合物70的流速，化合物70的組成，元件30的溫度，連同其它參數(shù)。一旦關(guān)鍵參數(shù)被確定下來，本技術(shù)領(lǐng)域中的熟練人員就能按照本發(fā)明適當?shù)卦O(shè)計反應(yīng)區(qū)。
為使本發(fā)明具有破壞化合物70所希望的效率，無論反應(yīng)室20內(nèi)有或沒有等離子體(以下進一步說明)誘發(fā)化合物70的反應(yīng)，能源60都必須供給足夠的能量來加熱元件30，使得當化合物70從元件30接收熱量時，以所希望的效率水平破壞化合物70。
當化合物70由于從元件30吸收熱量而是熱的時候，化合物70對元件30物理碰撞可能是必須的，以使某些形式的化合物70的分子。例如鹵代有機化合物分解。當化合物70由可燃的化合物組成時，從元件30接收熱量被認為是引起燃燒并因此產(chǎn)生合適效率水平的破壞所必須的全部(條件)。即使在這種情況下，為實現(xiàn)所希望的效率，仍需將化合物70的流體引向元件30以便化合物70能從元件30接收熱量。
在某些應(yīng)用中，可能也希望在反應(yīng)室20中產(chǎn)生等離子體。本發(fā)明可不用等離子體而在可接受的效率水平下操作，或者在操作中不用其它燃料而用元件30提供足夠的輻射能來維持等離子體。在鹵代有機化合物的破壞中，據(jù)認為等離子體可能是必須的，因為在其它形式的破壞無效時，它可以削弱和打斷分子連接。在本領(lǐng)域中采用許多熟知的方法產(chǎn)生等離子體。氣體(例如氧氣或氮氣)被能源60的能62所激發(fā)將產(chǎn)生等離子體。例如，把導管48接入導管40，可向反應(yīng)器提供這些氣體。
圖2示出本發(fā)明的操作。為了便于說明，只示出了本發(fā)明的一部分。在操作中，在一個實施方案中，化合物70是在暴露于微波能的吸收與共振的環(huán)境下，通過導管40(箭頭所示)流向元件30的。當化合物70的氣體分子碰境元件30時，化合物70溫度升高并由于對元件30的碰撞壓力而被壓縮。溫度和氣體密度不斷增加直至化合物70爆炸。由于元件30設(shè)置在化合物70流體通路上，化合物70的爆炸引導至少一部分爆炸的化合物70回流入部分導管40中。據(jù)認為，這造成了本發(fā)明的設(shè)備能通過再處理部分已分解的化合物和/或終產(chǎn)物而有更高的化合物70的分解效率。這是由于這些爆炸引起的總壓力變化不會導致回流入操作設(shè)備82，而形成毫秒級的重復性爆炸波，它們使化合物70的分子保持再處理狀態(tài)和從元件30的碰撞表面再循環(huán)到部分導管40從而提高了化合物70的停留時間，結(jié)果得到了分解的高效率。由于表面碰撞、加熱元件30所導致的化合物70的爆炸反彈和再處理不會在例如填充床反應(yīng)器中發(fā)生。在填充床反應(yīng)器中，分子不會通過與本發(fā)明同樣的路徑反回而被再處理。
對于一些化合物70，這種不用微波共振，而只通過加熱元件30本身所發(fā)生的化合物70的爆炸反彈和再處理，比現(xiàn)有的無表面碰撞、輻射熱分解方法效率明顯地提高。
圖3—9示出了元件30的不同實施方案。圖3示出了元件30的第一實施方案。在此，元件30由被能源60的能62加熱的材料100組成。材料100的總量應(yīng)足夠大以便提供足夠的熱量吸收與輻射。在此實施方案里，化合物70所引向的元件30的表面由一種與分解的化合物70反應(yīng)生成終產(chǎn)物77的反應(yīng)物102構(gòu)成。與化合物70反應(yīng)的反應(yīng)物102可以是，例如石英、二氧化硅(SiO2)、石墨、陶瓷、或者氧化鋁?；衔?0、C2F6與SiO2的一個反應(yīng)實例如下。如果如圖1所示提供了一種反應(yīng)物90，則下要求元件30由一種能與化合物70反應(yīng)的材料組成。
據(jù)認為，為了獲得所希望的破壞效率，化合物70所引向的元件30的表面必須至少與化合物70流體的內(nèi)截面面積相同，也就是說，與導管40的出口端44開口處的內(nèi)截面面積相同。元件30最好至少大于導管40內(nèi)截面面積的2倍，以便有足夠的停留時間引發(fā)分解破壞反應(yīng)。元件30的碰撞表面可以是任何形狀。
圖4示出元件30的第二種實施方案。為了便于說明，只示出了該設(shè)備的一部分。在此，元件30具有能引導更多化合物流體回流并進入導管40出口端44后面的反應(yīng)器中的形狀。在這個實施方案中，所示的元件30具有彎曲的形狀。在這種方式下，可增加化合物70的停留時間。此形狀增加了化合物70從出口50流出前的停留時間，從而可發(fā)生最佳的破壞和向終產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化。
圖4也示出了可使用多個元件30的一種實施方案。反應(yīng)室20有一個第一端與一個第二端；出口50設(shè)置在第二端，第一端正對第二端。附加元件31可設(shè)置在位于化合物70的流路中導管第一端后面的出口端44。元件31與元件30一樣。附加元件31優(yōu)選通過支撐結(jié)構(gòu)36設(shè)置在第一端上。支撐結(jié)構(gòu)36可由與支撐結(jié)構(gòu)35同樣的材料構(gòu)成，但是支撐結(jié)構(gòu)36必須連到反應(yīng)室20的壁上且元件31必須連到支撐結(jié)構(gòu)36上。連接方法取決于支撐結(jié)構(gòu)36和反應(yīng)室20的組成。支撐結(jié)構(gòu)62連接在反應(yīng)室20壁上以及元件31連接到支撐結(jié)構(gòu)36上的方式對本發(fā)明來說并不關(guān)鍵，它們可通過許多不同的方法實現(xiàn)。以此方式，化合物70，如圖3所示的流體，能從附加元件31通過傳導與輻射接收額外的熱量。
圖5示出了另一種實施方案，其中元件30具有引導化合物70流體進入導管40出口端44后面的反應(yīng)室20的形狀。在此實施方案里，所示元件30具有位于元件30的兩端的側(cè)壁104。側(cè)壁104可以在與元件30的主表面不在同一平面上的任何位置，并且它能引導化合物流體進入導管40的出口端44后面的反應(yīng)室20。圖5只示出了側(cè)壁104與元件30的主表面基本上垂直的形狀。
圖6示出了元件30的另一實施方案。其中元件30具有使揮發(fā)性化合物(VOC′s)組成的化合物70的破壞達到最佳的形狀。VOC′s一般具有比鹵代有機化合物低的活化能，因而需要較少的能量去破壞。另外，停留時間也無需與鹵代化合物的停留時間一樣長。在本例下，希望元件30有多個貫通的孔口32。圖6示出了一種網(wǎng)孔形狀一例，但許多其它形狀也可以。金屬絲網(wǎng)形狀可以采用，并且從價格與使用方便的觀點看可能是所希望的，因為金屬絲網(wǎng)重量輕。
在這種情況下，可使用多個元件30，如圖7中高度簡化的形式(只表示了兩個元件30)所示。有多個孔口32的元件30的使用優(yōu)點是可以減少停留時間，但化合物仍然會通過傳導與輻射從元件30接收熱。在這個實施方案中，與用實心表面的元件30相比較，熱量多以元件30輻射的形式被吸收而不是熱傳導形式。
當使用多個元件30時，可采用多種放置方式。第二個元件30(或隨后元件)可以這樣設(shè)置，以使所有或部分與第一個元件30沒發(fā)生物理接觸的化合物70會與第二個元件30發(fā)生物理接觸(如圖7所示)?；蛘?，第二個元件30可以設(shè)置成與第一個元件30直接對齊，其中第一個元件30的孔口與第二個元件30的孔口上下對齊，以便與第一個元件30不發(fā)生物理接觸的那部分化合物70也不會與第二個元件30發(fā)生物理接觸。
圖8與9示出了在反應(yīng)室20中如何支撐元件30的一種實施方案。圖8示出了側(cè)視圖，而圖9示出了俯視圖。在這個實施方案中，元件30和反應(yīng)室20具有的形狀可使元件30在反應(yīng)室20中實現(xiàn)自支撐。所示元件30是方形的，所示反應(yīng)室20的壁是圓形的也可采用其它實現(xiàn)自支撐的形狀。注意到反應(yīng)室20壁可以成錐形以利于元件30放置在反應(yīng)室20中。在這個實施方案中，元件30的表面積應(yīng)使反應(yīng)器20中留有足夠的通過空間106以便使終產(chǎn)物77能經(jīng)過出口55排出，而不會存在終產(chǎn)物77或化合物70通過導管40回流到設(shè)備82的風險。這種自支撐方案的優(yōu)點是簡單、低成本和低維修費用。
實施例1介紹實施例旨在示出本發(fā)明超過先有技術(shù)的具體優(yōu)點，而非成為本發(fā)明的限制。下面介紹了破壞由C2F6組成的化合物的具體實施例，參考圖1。
反應(yīng)室20設(shè)置在產(chǎn)生C2F6的設(shè)備和真空源(例如圖1所示的真空泵79)之間的抽真空管上。在這個實施例中，反應(yīng)室20是一個有大約10升容積的直立式反應(yīng)器。反應(yīng)室20在大約25毫乇時不工作，在約500—600毫乇(本實施方案中)的情況下正常運行。在這個實施例中，設(shè)備底腳只有大約18×23"。
元件30由摻了金屬的基材組成，該基材與能源60的能62感應(yīng)性偶合并加熱到所希望溫度。元件30組成的實例是含鋅、砷、錫層的陶瓷或其中含有鈦、鎳、銀層的硅，每一層的厚度通常小于1微米。元件30基本上水平設(shè)置在反應(yīng)室20的中間。而元件30是否在反應(yīng)室20里垂直放置取決于所希望的停留時間。元件30的碰境表面大約比導管40的內(nèi)截面積大兩倍。
導管40是一根內(nèi)徑大約100毫米(mm)的圓形管。導管40的出口端44大體設(shè)置在元件30中心的上方，離元件30碰撞表面的距離為25mm，以便使C2F6的流速恒定。
在這個實施例中，能源60是一種工作在2.45GHz和750瓦下的微波能源，這種能源穿過至少一部分反應(yīng)室20發(fā)射微波能62。元件30被加熱到大約200—900℃。
C2F6以大約每分鐘1.5升的流量被引入反應(yīng)器20。由氧氣組成的反應(yīng)物90以大約每分鐘1.5升供入。C2F6撞擊元件30，元件30將熱量傳遞給C2F6。熱壁反應(yīng)就能緊靠元件30發(fā)生；C2F6和氧氣生成終產(chǎn)物77的化學反應(yīng)如下。F-代表了各種可能生成的氟。在這個實施例中，C2F6在反應(yīng)室20中的停留時間大約是500毫秒或者更少。
分解效率被證明可去除90％或更多的C2F6。如前所述，這種效率水平無法用其它成本效果方面有效的方法實現(xiàn)。因而使用本發(fā)明可分解許多生產(chǎn)設(shè)備中所需的環(huán)境上不希望的物質(zhì)。
實施例2參考圖10，這是一個將本發(fā)明的系統(tǒng)用來分解化合物200并與反應(yīng)物生成終產(chǎn)物205，隨后用分解后的化合物205清潔操作設(shè)備250的應(yīng)用實施例。圖10示出了這個應(yīng)用的簡化圖。例如，操作設(shè)置250可以是用來沉淀物質(zhì)〔例如半導體晶片上的多晶硅(Si)，二氧化硅(SiO2)或者氮化硅(SiNx)〕的低壓化學汽相淀積設(shè)備(LPCVD)。在該類設(shè)備中，這些物質(zhì)的淀積也發(fā)生在放有半導體晶片的反應(yīng)管道壁上。最好清理反應(yīng)管道的表面以避免半導體晶片的顆粒污染。
化合物200通過反應(yīng)室20中的導管40提供。在本實施例中，化合物205由氟化氮(NF3)或者全氟化物(PFC′S，例如C2F6或CF4)與氧(O2)混合組成。氧是反應(yīng)物，它與化合物205反應(yīng)生成終產(chǎn)物205。元件30由一種能被加熱的材料組成；如果使用NF3則它優(yōu)選圖6所示形狀；如果使用PFC＇S，則優(yōu)選實心的元件30。在化合物200引向元件30表面而分解后，使用NF3所發(fā)生的反應(yīng)實例如下。在這個實施方案里，NO2和F-組成了終產(chǎn)物205。這里，希望終產(chǎn)物205由排出反應(yīng)室20時很活潑的F-組成。因此，在反應(yīng)室20中不應(yīng)提供與F-反應(yīng)的反應(yīng)物。終產(chǎn)物205通過與反應(yīng)室20物理偶合的導管50排出。導管50物理偶合在有一表面需清理的操作設(shè)備250上。對于這里所給實施例，下述反應(yīng)可在設(shè)備250中發(fā)生并形成如下終產(chǎn)物210
上述反應(yīng)的終產(chǎn)物210通過與真空泵260物理偶合的導管255排出操作設(shè)備250，并進入大氣或收集室(未示出)。
使用本發(fā)明進行清理的優(yōu)點是可以在現(xiàn)場進行清理，也就是說，不用取出需清理的操作設(shè)備部分(反應(yīng)管)。
權(quán)利要求
1.一種用于分解化合物的設(shè)備，其特征在于具有一個使化合物(70)流體進入反應(yīng)室(20)的入口和一個出口(24)的反應(yīng)室；設(shè)置在反應(yīng)室(20)內(nèi)的元件(30)；能產(chǎn)生能量(62)來加熱元件(30)的能源(60)；一個與反應(yīng)室(20)的入口(22)物理偶合的導管，它引導化合物流(70)碰撞元件(30)，使得當元件(30)被加熱時化合物從元件(30)接收熱量，以及在化合物分解過程中在該元件上基本上不發(fā)生沉積。
2.一種用于分解危險化合物的設(shè)備，其特征在于具有一個入口(22)和一個出口(24)的反應(yīng)室(20)；設(shè)置在反應(yīng)室(20)內(nèi)的元件(30)；能產(chǎn)生能量(62)來加熱元件(30)的能源(60)；和一個與反應(yīng)室(20)通過物理方式偶合并且伸入反應(yīng)室(20)內(nèi)的導管(40)；它引導危險化合物流(70)流向元件(30)，而且在分解危險化合物時元件(30)上基本不發(fā)生沉積。
3.一種用于分解化合物的設(shè)備，其特征在于具有一個使化合物流(70)進入反應(yīng)室(20)的入口(22)和一個出口的反應(yīng)室；其表面設(shè)置在反應(yīng)室(20)中化合物流體(70)通路上的元件(30)，這樣至少有一部分化合物流被引導回到入口部分(22)中；能產(chǎn)生能量(62)來加熱元件(30)的能源(60)。
4.一種分解化合物的方法，其特征在于包括下步驟提供產(chǎn)生能(62)的能源(60)；提供反應(yīng)室(20)；提供設(shè)置在反應(yīng)室(20)中的元件(30)；用能源(60)的能(62)加熱元件(30)；以及將化合物流體(70)引入反應(yīng)室碰撞元件(30)，以使該化合物從元件(30)吸收熱量，并且在化合物分解期間元件(30)上基本不發(fā)生沉積。
5.一種分解化合物的方法，其特征在于包括以下步驟提供產(chǎn)生能(62)的能源(60)；提供反應(yīng)室(20)；提供設(shè)置在反應(yīng)室(20)中的元件(30)；用能源(60)的能(62)加熱元件(30)；以及使一種化合物的流體(70)通過導管(40)進入反應(yīng)室(20)，其中化合物流體(70)從導管(40)排出，以便流體被引向元件30并在化合分解期間元件(30)上基本不發(fā)生沉積。
6.按照權(quán)利要求1、2、3、4和5所述的設(shè)備或方法，其中能源(60)是一種使用0.9—11GHZ頻率的微波能源，其中元件(30)與微波能(62)感應(yīng)性偶合。
7.按照權(quán)利要求1、2、3、4和5所述的設(shè)備或方法，其中元件(30)由一主表面構(gòu)成，該元件(30)的主表面基本不平行于在導管(40)中流動的化合物流(70)。
8.按照權(quán)利要求1、2、3、4和5所述設(shè)備或方法，其中導管(40)有一出口端(44)，該導管(40)的出口端(44)設(shè)置在鄰近元件(30)，以便當這種化合物通過導管(40)后，至少有部分這種化合物流體(70)被引導回到導管部分(40)中。
9.按照權(quán)利要求1、2、3、4和5所述的設(shè)備或方法，進一步包括放在反應(yīng)室(20)中的反應(yīng)性物質(zhì)(90)，它與化合物反應(yīng)生成終產(chǎn)物(77)。
10.按照權(quán)利要求1、2、3、4和5所述設(shè)備或方法，其中元件(30)由被能源加熱的第一材料和與化合物發(fā)生化學反應(yīng)的第二材料組成。
11.按照權(quán)利要求1、2、3、4和5所述設(shè)備或方法，其中導管(40)有一出口端(44)，并且導管(40)的出口端(44)與元件(30)之間距離不能大于某一距離(73)，在該距離(73)下，將發(fā)生足夠的熱壁反應(yīng)，以最低80％的效率水平分解化合物。
12.按照權(quán)利要求1、2、3、4和5所述設(shè)備或方法中，提供流體(70)的步驟包括使化合物流體(70)碰撞元件(30)。
全文摘要
一種分解化合物(可能是環(huán)境上不希望物質(zhì))的設(shè)備和方法是通過使這種化合物流體撞擊加熱的元件(30)來完成的?？刹捎枚喾N實施方案，包括使元件(30)有多個孔口，使元件(30)具有以特定方向引導這種化合物流體的形狀，和使元件(32)自支撐在反應(yīng)室(20)壁上。
文檔編號A62D101/22GK1114909SQ9510477
公開日1996年1月17日 申請日期1995年4月25日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月29日
發(fā)明者J·D·克里伯, G·T·里德, J·C·孔茨 申請人:莫托羅拉公司