專利名稱：用于處理全氟碳化物的物理和化學(xué)協(xié)同凈化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種廢氣的物理和化學(xué)協(xié)同凈化系統(tǒng)，尤其涉及一種用于 處理全氟碳化物的物理和化學(xué)協(xié)同凈化系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代工業(yè)的蓬勃發(fā)展，溫室氣體排放量與日俱增。在眾多溫室氣體中，
全氟碳化物(簡(jiǎn)稱PFCs)因其具有低毒、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)，自二十世紀(jì)三 十年代被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，尤其是半導(dǎo)體制造業(yè)。然而，全氟碳化物在大 氣中具有較長(zhǎng)的存在年限和強(qiáng)烈的紅外吸收能力，生產(chǎn)過程中未能完全利用的 高濃度全氟碳化物直接排放到大氣中將引起強(qiáng)烈的溫室效應(yīng)，使全球平均溫度 上升，海平面升高，氣候異常，影響人類生產(chǎn)和活動(dòng)。因此，1987年的《蒙特 利爾公約》制定了破壞臭氧層的化學(xué)物質(zhì)控制措施。1997年12月，在日本京都 召開的《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》締約方第三次會(huì)議通過了旨在限制發(fā)達(dá)國(guó) 家溫室氣體排放量以抑制全球變暖的《京都議定書》，全氟碳化物被列為需要嚴(yán) 格控制的溫室氣體，截至2005年8月13日，全球已有142個(gè)國(guó)家和地區(qū)簽署 該議定書，其中包括30個(gè)工業(yè)化國(guó)家，批準(zhǔn)國(guó)家的人口數(shù)量占全世界總?cè)丝诘?80%。中國(guó)已于1998年5月簽署并于2002年8月核準(zhǔn)了該議定書，成為第37 個(gè)簽約國(guó)?？刂迫蓟锏呐欧旁谶^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)體工業(yè)的快速發(fā)展，全氟碳化物排放量逐年增 加。國(guó)內(nèi)相關(guān)資料顯示，我國(guó)在全氟碳化物削減技術(shù)研究方面尚未起步，這將 制約我國(guó)半導(dǎo)體工業(yè)以及與全氟碳化物排放相關(guān)工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，開展削減 全氟碳化物排放的相關(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)于削減全氟碳化物排放主要有四個(gè)途徑1)選擇可以替代全氟碳化 物的新的化學(xué)物質(zhì)；2)生產(chǎn)工藝優(yōu)化；3)對(duì)全氟碳化物循環(huán)再利用；4)對(duì)排 放的全氟碳化物氣體進(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)生全氟碳化物工業(yè)的工藝現(xiàn)狀和經(jīng)濟(jì)成本等條件制約，末端治理脫 除全氟碳化物氣體成為目前比較行之有效的方法。
對(duì)于全氟碳化物氣體的末端治理去除，國(guó)外目前有很多工藝，包括燃燒方法，熱催化氧化方法，等離子體分解方法等。燃燒工藝是向燃燒爐內(nèi)加入天然
氣或氫氣作為燃料，可以去除90%以上的(^6， NF3和SFe，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，可以有效的分解全氟碳化物，產(chǎn)生的N0x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。等離子體方法處理全氟碳化物需要的設(shè)備體積小，運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)較低，產(chǎn)生的N0x少。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(wú)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工藝，但該方法仍然存在耗能較大的缺點(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，而微波等離子體與催化劑協(xié)同處理有害氣體，尤其是對(duì)全氟碳化物的處理未見報(bào)道。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種用于處理全氟碳化物的物理和化學(xué)協(xié)同凈化系統(tǒng)，其目的在于在較低能耗的情況下，有效去除全氟化碳?xì)怏w，尤其是穩(wěn)定性很強(qiáng)的CF4。
本實(shí)用新型所述的系統(tǒng)主要包括以下裝置在待處理氣體輸入口處設(shè)置有一流量控制器，流量控制器通過管路與石英管反應(yīng)器連接，反應(yīng)器中采用微波激發(fā)并維持微波等離子體，石英管反應(yīng)器的內(nèi)壁上預(yù)先涂抹并固化一層催化劑薄膜；所述的等離子體由微波發(fā)生器通過波導(dǎo)管提供能量，波導(dǎo)管和石英管反應(yīng)器采用中心點(diǎn)直接耦合方式，由于是流動(dòng)中的氣體被電離產(chǎn)生等離子體，等離子體為等離子體炬形，按照氣體流入的方向在石英管反應(yīng)器后部設(shè)置有濕式吸收裝置。待處理氣體以向下旋流模式注入到反應(yīng)管后經(jīng)等離子體處理的同時(shí)與催化劑薄膜同步反應(yīng)，處理后的氣體通入濕式吸收裝置吸收NOx、 HF等有害副產(chǎn)物，最后排放。本實(shí)用新型的特點(diǎn)是催化劑涂層固化在反應(yīng)管內(nèi)壁，可以有效的利用高強(qiáng)度的紫外輻射、活性自由基和高溫氣流，達(dá)到協(xié)同處理效果。上述催化劑薄膜固化于石英管反應(yīng)器的內(nèi)壁。
催化劑涂層面積為覆蓋石英管反應(yīng)器內(nèi)壁的一部分或者所有區(qū)域。所述的催化劑涂層固化方法包括，室溫干燥，熱氣流吹掃，紅外加熱烘干，微波加熱固化，等離子體處理中的一種或者幾種。
催化劑涂層優(yōu)選含Ti02、 Zr02、 Si02、 A1203、 Ca0、 ZnO中的一種或幾種混合物。
上述流量控制器可以用閥門替代。
本實(shí)用新型使用微波等離子體與催化劑涂層協(xié)同處理含全氟碳化物的氣體。由于大氣壓下微波等離子體在去除全氟碳化物過程中，產(chǎn)生大量高強(qiáng)度紫外射線、自由基活性粒子、高溫，對(duì)催化劑有活化作用。對(duì)反應(yīng)器出口附近的尾氣溫度檢測(cè)發(fā)現(xiàn)溫度在600-900K左右，這些紫外線和高溫?zé)崃刻N(yùn)含著大量能量。如此高強(qiáng)度的紫外輻射、活性粒子和高溫氣流，激發(fā)催化劑，提高催化劑的活性，使總體效果大于兩者單獨(dú)作用之和，微波等離子體與催化劑的協(xié)同作用使全氟碳化物在大氣壓下被有效去除；在相同功率下可以提高脫除效率，有效的降低了能耗。
本實(shí)用新型的主要特點(diǎn)在于微波等離子體和催化劑的協(xié)同效應(yīng)，即本實(shí)用新型所采用的協(xié)同系統(tǒng)所產(chǎn)生的效果〉單獨(dú)的微波等離子體作用+催化劑催化分解作用。污染氣體脫除效率高，節(jié)省能源，無(wú)二次污染。
以下結(jié)合附圖
和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。圖l為本發(fā)明的系統(tǒng)示意圖。
圖中1、氣體輸入口； 2、流量控制器；3、石英管反應(yīng)器；4、催化劑薄膜;5、等離子體；6、濕式吸收裝置；7、波導(dǎo)管；8、微波發(fā)生器。
具體實(shí)施方式

在待處理氣體輸入口 l處設(shè)置有一流量控制器2，流量控制器2通過管路與石英管反應(yīng)器3連接，反應(yīng)器中采用微波激發(fā)并維持微波等離子體5，石英管反應(yīng)器3的內(nèi)壁上預(yù)先涂抹并固化一層催化劑薄膜4;所述的等離子體5由微波發(fā)生器8通過波導(dǎo)管7提供能量，波導(dǎo)管7和石英管反應(yīng)器3采用中心點(diǎn)直接耦合方式，
5由于是流動(dòng)中的氣體被電離產(chǎn)生等離子體，等離子體為等離子體炬形，按照氣
體流入的方向在石英管反應(yīng)器3后部設(shè)置有濕式吸收裝置6。待處理氣體以向下旋流模式注入到反應(yīng)管后經(jīng)等離子體4處理的同時(shí)與催化劑薄膜4同步反應(yīng)，處理后的氣體通入濕式吸收裝置6吸收有害副產(chǎn)物，最后排放。
權(quán)利要求1、用于處理全氟碳化物的物理和化學(xué)協(xié)同凈化系統(tǒng)，其特征在于主要包括以下裝置在待處理氣體輸入口(1)處設(shè)置有一流量控制器(2)，流量控制器(2)通過管路與石英管反應(yīng)器(3)連接，反應(yīng)器中采用微波激發(fā)并維持微波等離子體(5)，石英管反應(yīng)器(3)的內(nèi)壁上預(yù)先涂抹并固化一層催化劑薄膜(4)；所述的等離子體(5)由微波發(fā)生器(8)通過波導(dǎo)管(7)提供能量，波導(dǎo)管(7)和石英管反應(yīng)器(3)采用中心點(diǎn)直接耦合方式，等離子體為等離子體炬形，按照氣體流入的方向在石英管反應(yīng)器(3)后部設(shè)置有濕式吸收裝置(6)。
2、 如權(quán)利要求1所述的用于處理全氟碳化物的物理和化學(xué)協(xié)同凈化系統(tǒng)， 其特征在于所述催化劑薄膜固化于石英管反應(yīng)器的內(nèi)壁。
3、 如權(quán)利要求2所述用于處理全氟碳化物的物理和化學(xué)協(xié)同凈化系統(tǒng)，催化劑涂層面積為覆蓋石英管反應(yīng)器內(nèi)壁的一部分或者所有區(qū)域。
4、 如權(quán)利要求1 3任意一項(xiàng)所述的用于處理全氟碳化物的物理和化學(xué)協(xié) 同凈化系統(tǒng)，其特征在于所述流量控制器(2)用閥門替代。
專利摘要用于處理全氟碳化物的物理和化學(xué)協(xié)同凈化系統(tǒng)，在待處理氣體輸入口處設(shè)置有一流量控制器，流量控制器通過管路與石英管反應(yīng)器連接，反應(yīng)器中采用微波激發(fā)并維持微波等離子體，石英管反應(yīng)器的內(nèi)壁上預(yù)先涂抹并固化一層催化劑薄膜；所述的等離子體由微波發(fā)生器通過波導(dǎo)管提供能量，波導(dǎo)管和石英管反應(yīng)器采用中心點(diǎn)直接耦合方式，等離子體為等離子體炬形，按照氣體流入的方向在石英管反應(yīng)器后部設(shè)置有濕式吸收裝置。本實(shí)用新型具有污染氣體脫除效率高，節(jié)省能源，無(wú)二次污染的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B01D53/70GK201427018SQ20092001247
公開日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2009年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月26日
發(fā)明者冰 孫, 朱小梅, 解宏端 申請(qǐng)人:大連海事大學(xué)