專利名稱：同時(shí)脫除四氟化碳及伴生氮氧化物氣體的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種廢氣的處理系統(tǒng)和處理方法，尤其涉及一種同時(shí)脫除四氟化碳和氮氧化物的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
四氟化碳(CF4)是全氟碳化物(簡(jiǎn)稱PFCs)中最穩(wěn)定的ー種氣體，由于其在大氣中具有較長(zhǎng)的存在年限和強(qiáng)烈的紅外吸收能力，可引發(fā)強(qiáng)烈的溫室效應(yīng)。CF4廢氣主要產(chǎn)生于半導(dǎo)體エ業(yè)，控制其排放在過去的三十年間在全球范圍內(nèi)引起強(qiáng)烈的關(guān)注。近幾年來，隨著我國(guó)半導(dǎo)體エ業(yè)的快速發(fā)展，CF4排放量逐年増加。國(guó)內(nèi)相關(guān)資料顯示，我國(guó)在CF4削減技術(shù)研究方面尚未起步，這將制約我國(guó)半導(dǎo)體エ業(yè)以及與CF4排放相關(guān)エ業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，開展削減CF4排放的相關(guān)工作符合我國(guó)的環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略。目前對(duì)于削減CF4等PFCs排放主要有四個(gè)途徑1)選擇可以替代PFCs的新的化學(xué)物質(zhì)；2)生產(chǎn)エ藝優(yōu)化；3)對(duì)PFCs循環(huán)再利用；4)對(duì)排放的PFCs氣體進(jìn)行末端治理。雖然前三個(gè)措施更加符合清潔生產(chǎn)的原則，但是因?yàn)楫a(chǎn)生PFCsエ業(yè)的エ藝現(xiàn)狀和經(jīng)濟(jì)成本等條件制約，末端治理脫除PFCs氣體成為目前比較行之有效的方法。對(duì)于PFCs氣體的末端治理去除，國(guó)外目前有很多エ藝，包括燃燒方法，熱催化氧化方法，等離子體分解方法等。燃燒エ藝是向燃燒爐內(nèi)加入天然氣或氫氣作為燃料，可以去除90%以上的C2F6, NF3和SF6，但是對(duì)于CF4的去除卻很少，其主要是因?yàn)镃F4性質(zhì)更穩(wěn)定，不易被去除。燃料的加入使處理成本增加，另外對(duì)于副產(chǎn)物，例如HF的收集處理也存在困難，而且燃燒會(huì)產(chǎn)生氮氧化物(NOx)和燃料不完全燃燒產(chǎn)物，這些物質(zhì)會(huì)形成二次污染。熱催化氧化工藝將熱分解和催化分解有效的結(jié)合，可以有效的分解PFCs，產(chǎn)生的NOx比較少，但是對(duì)反應(yīng)設(shè)備要求很高，且存在催化劑失效，定期需要更換催化劑，運(yùn)行成本高等諸多問題。等離子體方法處理PFCs需要的設(shè)備體積小，運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)較低。其中，微波等離子體與介質(zhì)阻擋放電、直流電弧、射頻等離子體相比，具有能量利用率高，無電極污染，電子密度高，等離子體分布均勻等優(yōu)點(diǎn)，是進(jìn)行化學(xué)合成與分解，材料表面改性，有害氣體降解脫除的理想エ藝，但該方法仍然存在耗能較大、有NOx伴生廢氣等的缺點(diǎn)。近年來催化劑與等離子體聯(lián)合應(yīng)用去除有害氣體成為研究的熱點(diǎn)。國(guó)外許多學(xué)者通過在等離子體反應(yīng)室中添加固體催化劑，通過等離子體激發(fā)催化劑的催化活性，產(chǎn)生等離子體與催化對(duì)污染物質(zhì)的聯(lián)合去除作用。目前研究的較多的是介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生的等離子體或表面波等離子體與催化劑的聯(lián)合作用，微波等離子體處理CF4技術(shù)是二十世紀(jì)九十年代發(fā)展起來的新エ藝，而催化劑輔助微波等離子體同時(shí)脫除CF4和NOx未見報(bào)道。公告號(hào)為CN201454385U的實(shí)用新型專利公開了ー種去除全氟碳化物氣體的系統(tǒng)，該系統(tǒng)的等離子體反應(yīng)裝置與催化反應(yīng)裝置為一體結(jié)構(gòu)，即裝有催化劑床層的反應(yīng)管的高度和直徑為固定的，導(dǎo)致其裝載催化劑的容量受到限制，對(duì)含有不同濃度PFCs的待處理氣體的處理效果非常不穩(wěn)定，并且不能去除PFCs處理過程中產(chǎn)生的NOx氣體。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種用于同時(shí)脫除CF4和NOx的催化劑輔助常壓微波等離子體系統(tǒng)，其目的在于在較低能耗的情況下，同時(shí)有效去除CF4和NOx氣體，且去除效果穩(wěn)定。本實(shí)用新型所述的同時(shí)脫除CF4和NOx氣體的系統(tǒng)主要包括以下裝置流量控制器(或閥門)、等離子體反應(yīng)裝置、催化反應(yīng)裝置和尾氣處理裝置。本實(shí)用新型所述催化反應(yīng)裝置通過法蘭或螺扣連接在等離子體反應(yīng)裝置和尾氣處理裝置之間，使催化反應(yīng)裝置可調(diào)換。由于催化反應(yīng)裝置可調(diào)換，使催化劑填充量可調(diào)，從而可以提高催化劑的利用率；也可以根據(jù)待處理氣體的組分和濃度的差異，方便的更換催化劑的種類，從而獲得高效的處理效果。本實(shí)用新型的等離子體反應(yīng)裝置包括石英管反應(yīng)器、波導(dǎo)管和微波發(fā)生裝置，波導(dǎo)管和石英管反應(yīng)器采用中心點(diǎn)直接耦合方式連接。本實(shí)用新型中可調(diào)換的催化反應(yīng)裝置包括石英管；所述石英管內(nèi)填充有催化劑床層，并且石英管外壁包有保溫層?，F(xiàn)有技術(shù)中，由于催化劑床層處于室溫狀態(tài)，因此等離子體反應(yīng)裝置中產(chǎn)生的高溫等離子體火焰經(jīng)過催化劑床層的過程中會(huì)逐步降溫，導(dǎo)致催化劑催化活性的降低，從而降低待處理氣體的處理效果。而本實(shí)用新型在石英管外壁設(shè)置保溫層，可對(duì)高溫等離子體火焰保溫，保證催化劑的活化和高效利用。本實(shí)用新型的尾氣處理裝置的尾氣進(jìn)ロ通過傾斜管路與吸收室連接，在吸收室的頂部設(shè)有尾氣出口。進(jìn)ー步的，本實(shí)用新型在尾氣進(jìn)ロ處還設(shè)有多孔隔墊。多孔隔墊和傾斜管路可有效提高尾氣與吸收劑之間的接觸時(shí)間，提高氣體的處理效果。本實(shí)用新型中多孔隔墊為多孔片狀或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；所述多孔隔墊材料為金屬或高分子聚合物，該多孔墊起到了將尾氣吸收劑充分分散、増加吸收劑與尾氣接觸面積的作用。為進(jìn)一歩提高處理效果，本實(shí)用新型將吸收室與管路通過泵(液體泵或粉體輸送泵)連接，使吸收室內(nèi)的吸收劑充分循環(huán)利用，并對(duì)NOx和氫氟酸氣體進(jìn)一步去除。以上所述流量控制器可用閥門替代。本實(shí)用新型先使用微波等離子體處理CF4氣體，再使用催化劑對(duì)微波等離子體未分解的CF4-—步處理，并同時(shí)脫除微波等離子體處理過程中產(chǎn)生的NOx,體。由于微波等離子體具有高溫，并且在大氣壓下可產(chǎn)生大量高強(qiáng)度紫外射線、自由基活性粒子，對(duì)催化劑有活化作用。通過熱電偶對(duì)反應(yīng)器出ロ附近的尾氣溫度檢測(cè)發(fā)現(xiàn)溫度在300-900K左右，這些紫外線和高溫?zé)崃刻N(yùn)含著大量能量，可利用等離子體的余熱加熱催化劑。如此高強(qiáng)度的紫外輻射、活性粒子和高溫氣流，在利用余熱的同時(shí)，進(jìn)ー步激發(fā)催化劑，提高催化劑的活性。本實(shí)用新型裝置中，催化反應(yīng)裝置的可調(diào)換，使催化劑填充尺度可調(diào)，使CF4和伴生NOx氣體在大氣壓下均被高效去除。因此本實(shí)用新型提供的裝置及方法中催化劑的添加既可以提高CF4的去除率和能量利用效率，又可以減少副產(chǎn)物NOx生成；此外，尾氣處理裝置中的多孔隔墊和傾斜管路可有效提高尾氣與吸收劑之間的接觸時(shí)間，循環(huán)處理可充分的利用吸收齊U，對(duì)NOx可進(jìn)ー步去除并可有效去除氫氟酸氣體。本實(shí)用新型處理量大，是ー項(xiàng)很具有實(shí)用前景的環(huán)境友好型技木。本實(shí)用新型從以下幾個(gè)方面提高了催化劑的利用效率首先，本實(shí)用新型將催化反應(yīng)裝置設(shè)計(jì)為可調(diào)換的結(jié)構(gòu)，可根據(jù)待處理氣體的組成及濃度，隨時(shí)、方便的更換催化劑的種類、用量、結(jié)構(gòu)及形態(tài)，避免了因催化劑的容量受限而對(duì)含有不同濃度CH4的待處理氣體的處理效果不穩(wěn)定的缺陷；其次，本實(shí)用新型在催化反應(yīng)裝置的石英管外壁設(shè)置保溫層，可對(duì)高溫等離子體火焰保溫，保證了高溫微波等離子體對(duì)催化劑的活化效果，避免了由于溫度的降低而減弱對(duì)催化劑的活性效果。本實(shí)用新型除了對(duì)催化劑利用效率的改善效果明顯之外，還提高了尾氣的處理效果本實(shí)用新型通過在尾氣進(jìn)ロ設(shè)置多孔隔墊以及利用傾斜管路増加了尾氣與吸收劑之間的接觸時(shí)間，并且通過泵將吸收劑循環(huán)利用，最大限度的發(fā)揮了尾氣吸收裝置對(duì)NOx和氫氟酸氣體的去除作用。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)ー步說明。


圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)示意圖。圖中1、待處理氣體入口 ；2、流量控制器；3、石英管反應(yīng)器；4、等離子體火焰；5、波導(dǎo)管；6、微波發(fā)生裝置；7、法蘭或螺扣；8、催化劑床層；9、保溫層；10、熱電偶；11、尾氣進(jìn)ロ ；12、傾斜管路；13、泵；14、尾氣出ロ ；15、石英管；16、管路；17、吸收室。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型一種同時(shí)脫除CF4和NOx氣體的系統(tǒng)，主要包括以下裝置流量控制器2、等離子體反應(yīng)裝置、催化反應(yīng)裝置和尾氣處理裝置。本實(shí)用新型所述催化反應(yīng)裝置通過法蘭或螺扣7連接在等離子體反應(yīng)裝置和尾氣處理裝置之間，使催化反應(yīng)裝置可調(diào)換。本實(shí)用新型的等離子體反應(yīng)裝置包括石英管反應(yīng)器3、波導(dǎo)管5和微波發(fā)生裝置6，波導(dǎo)管和石英管反應(yīng)器采用中心點(diǎn)直接耦合方式連接。本實(shí)用新型中可調(diào)換的催化反應(yīng)裝置包括石英管15 ;所述石英管內(nèi)填充有催化劑床層8，并且石英管外壁包有保溫層9。本實(shí)用新型的尾氣處理裝置的尾氣進(jìn)ロ 11通過傾斜管路12與吸收室17連接，在吸收室的頂部設(shè)有尾氣出口 14。進(jìn)ー步的，本實(shí)用新型在尾氣進(jìn)ロ處還設(shè)有多孔隔墊。多孔隔墊和傾斜管路可有效提高尾氣與吸收劑之間的接觸時(shí)間，提高氣體的處理效果。本實(shí)用新型中多孔隔墊為多孔片狀或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型還將吸收室與管路16通過泵連接，使吸收室內(nèi)的吸收劑充分循環(huán)利用，并對(duì)NOx和氫氟酸氣體進(jìn)ー步去除。實(shí)施例1在待處理氣體輸入ロ I處設(shè)置有一流量控制器2，流量控制器通過管路連接到石英管反應(yīng)器3，在石英管反應(yīng)器的內(nèi)部通過微波產(chǎn)生等離子體4，所述等離子體由微波發(fā)生器6通過波導(dǎo)管5提供能量，波導(dǎo)管和石英管反應(yīng)器采用中心點(diǎn)直接耦合方式連接；石英管反應(yīng)器與催化反應(yīng)裝置的石英管15之間采用法蘭或螺扣7連接，使填充催化劑的石英管內(nèi)徑和長(zhǎng)度可調(diào)。待處理氣體經(jīng)等離子體處理后，再經(jīng)過催化劑床層進(jìn)行反應(yīng)，填充催化劑裝曾的石英管反應(yīng)器壁外側(cè)包有保溫層9。處理后的氣體通過法蘭或螺扣進(jìn)入尾氣處理裝置中，尾氣進(jìn)ロ 11處設(shè)置多孔隔墊，采用泵13將吸收室17內(nèi)的吸收劑循環(huán)致管路16，最終經(jīng)尾氣出口 14排入大氣。
權(quán)利要求1.一種同時(shí)脫除四氟化碳及伴生氮氧化物氣體的系統(tǒng)，包括流量控制器(2)、等離子體反應(yīng)裝置、催化反應(yīng)裝置和尾氣處理裝置，其特征在于所述催化反應(yīng)裝置通過法蘭或螺扣(7)連接在等離子體反應(yīng)裝置和尾氣處理裝置之間，使催化反應(yīng)裝置可調(diào)換；所述催化反應(yīng)裝置包括石英管(15);所述石英管內(nèi)填充有催化劑床層(8)，石英管外壁包有保溫層(9);所述尾氣處理裝置的尾氣進(jìn)口( 11)通過傾斜管路(12)與吸收室(17)連接，在吸收室的頂部設(shè)有尾氣出口(14)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述吸收室(17)與管路(16)通過泵(13) 連接，使吸收室內(nèi)的吸收劑循環(huán)利用。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于在尾氣進(jìn)口(11)處設(shè)有多孔隔墊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于所述多孔隔墊為多孔片狀或網(wǎng)狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的系統(tǒng)，其特征在于所述多孔隔墊的材料為金屬或高分子聚合物。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種同時(shí)脫除四氟化碳及伴生氮氧化物氣體的系統(tǒng)。系統(tǒng)包括流量控制器、等離子體反應(yīng)裝置、催化反應(yīng)裝置和尾氣處理裝置；催化反應(yīng)裝置通過法蘭或螺扣連接在等離子體反應(yīng)裝置和尾氣處理裝置之間，使催化反應(yīng)裝置可調(diào)換。催化反應(yīng)裝置包括石英管；石英管內(nèi)填充有催化劑床層，石英管外壁包有保溫層。尾氣處理裝置的尾氣進(jìn)口通過傾斜管路與吸收室連接，在吸收室的頂部設(shè)有尾氣出口。本實(shí)用新型具有四氟化碳脫除效率高，能耗低、無二次污染的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B01D53/76GK202844847SQ201220470999
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月14日
發(fā)明者朱小梅, 孫冰, 解宏端, 張連政 申請(qǐng)人:大連海事大學(xué)