全氟化物廢（fèi）氣（qì）處理方法

背景技術：

1997年聯合國氣候變化綱要公約京都（dōu）議定書中，各國通過管製六種主要溫室氣體（tǐ）的具體減量方（fāng）案及時（shí）刻表。

其中SF6、HFCs及（jí）PFCs等主要為人造的溫室氣體成分，為強效溫（wēn）室氣體，具有高全球溫暖化潛勢指數值(Global Warming Potential；GWP)，具極長的生命期（qī），在大（dà）氣中的累積效應為不可逆的。但近年來（lái）半導體製作過程(如在乾蝕刻（kè）化學氣相沉積的（de）清（qīng）腔程序等)廣泛地使用CF4、C2F6、NF3等全氟化物(PerfluorocompougdSPFCS)做為製（zhì）作過程（chéng）氣體，而這些氣體僅（jǐn）少部分被（bèi）使（shǐ）用掉，剩餘的大部分(如化學氣相沉積約剩餘90％)則當作廢氣排放，是造成溫室效應的重要來源（yuán）。但（dàn）目前半導（dǎo）體設備元件的製造技術日（rì）趨精密，促使全氟化物的使用（yòng）量隨著半導體製作過程（chéng）的進步與日俱增，因此需要管製與處理（lǐ）避免環境公害的產生，以及采用新的PFCs廢氣（qì）處理係統，以適應未來更加嚴苛的廢氣排放標準（zhǔn）。

目前工業製作過程中其全氟化物廢氣處理裝置，以高能量密度等離子高溫裂解及洗滌除害的設計原理為主的裝置（zhì）擁有最佳（jiā）的效能，由（yóu）於等離子產生的高溫有助於全氟化（huà）物裂解。此（cǐ）種全氟化物廢氣處理裝置，其應用範圍包含（hán）半（bàn）導體及其他工業（yè）製作過程的全氟化物等有害廢氣的處理，例（lì）如C2F6、SiH4、CF4、NF3、CHF3等廢氣處理。其基本工作原理如下直流（liú）等離子火炬產生高溫、高能量密度的等離（lí）子，將廢氣中的全（quán）氟化物熱解、原（yuán）子化、離子化，使全氟化（huà）物（wù）的化學鍵被瓦（wǎ）解而摧毀，並與水或氧氣結合形成一些簡單易（yì）於處理的分子或原子如氫、一氧化碳、二氧化碳和氟化氫等，而沒有機會組合成較（jiào）大（dà）的或較複雜的分子。舉例說明其反應方（fāng）程式如下 ， 為公知的全氟化物（wù）廢氣等（děng）離子處理裝置。

其運作如下將廢氣引入等離子反（fǎn）應器110中（zhōng），其等離子反應器（qì）110包括廢氣進口111、等離子火炬112、反應室113、水蒸氣入口114、水（shuǐ）蒸氣產生反應爐115等五個部分，其（qí）中該（gāi）反應室113內部是以耐火隔熱材料構築而成，在等離子（zǐ）火炬加熱下，可形成高溫環境，有助反應（yīng）形成。由上的化學反應式可（kě）知，其反應過程中需要水參（cān）與反應。其等離子（zǐ）火炬112經（jīng）來（lái）自水蒸氣產（chǎn）生反應爐115產生的水蒸氣自水蒸氣入口114進入反應後，所生的極高溫(10000℃)等（děng）離（lí）子（zǐ）束流提供高能量讓由廢氣進口111進入的全氟（fú）化物廢氣與水蒸氣作用，在反應室113中瞬間被熱解、原子化或（huò）離子化（huà），全氟化物組成之間的化學鍵因而被瓦解摧毀，形成一些簡單易於處理（lǐ）的分子或原子等，而沒（méi）有機會組合成較大的或較複雜的分子，這是熱燃燒爐所無法達到的。但由於經等離子反應器110處理（lǐ）後的（de）廢氣溫度很高，並產生氟化氫及氫氣氣（qì）體，因此，在等離子反應（yīng）器110的反（fǎn）應室113出口處，設置一噴水器組120，噴水器組（zǔ）120設有（yǒu）水量控製閥（fá）121調控噴水量（liàng）使（shǐ）噴水頭122噴出水霧，由此水吸收（shōu）熱量使廢氣迅速降溫，並溶解（jiě）部分氟化氫(HF)溶於水槽130中，水槽130再以底部排水方式將廢水排出。

因高溫影響氣體（tǐ）的（de）溶解度，所以在廢氣經噴霧（wù）冷卻後，再（zài）將廢氣引入一濕（shī）式洗滌塔150內部填有高表麵積填充物，並設有噴水器組151，噴（pēn）水器組151的水源由水泵140抽取水槽130的水供應，水泵140之前可設置（zhì）一（yī）過濾（lǜ）器141過濾雜質及固體物。廢氣在經過此一濕式洗滌塔150時，其夾帶的固體物，例如，含矽粉末等，可以被洗（xǐ）淨濾除，同時氟化氫（qīng）在（zài）此也被吸收，於處理氟（fú）化氫產物時，噴（pēn）出的水霧可加堿液中和氟化（huà）氫酸性。但依現況而言，在科學園區設有廢水處理場，通常（cháng）含氟廢水可由廢水處理場處理，因此，水（shuǐ）槽的儲水可做批次排放或連續（xù）排（pái）放至廢水處（chù）理場即可。當廢氣（qì）來源所提供的氣流靜（jìng）壓不（bú）足時，濕式洗滌（dí）塔150後端可加置一風車160以補足靜壓，順（shùn）利（lì）排出設計的風量值。

由於采用等離子反應器110較公（gōng）知處（chù）理方式如（rú）燃燒法的能量密度高，因此，全氟化物（wù）的裂解（jiě）效率（lǜ）較高，效率優越性大（dà）幅提（tí）升，處理C2F6的破壞去除率可達99％以上，甚具環保價值。同時已證（zhèng）實可以（yǐ）同時處理多種全氟化物廢氣，可將CF4、C2F6與NF3等有（yǒu）害廢（fèi）氣的化學鍵加以破壞、分解且去除效率可達99％以上。

公知技術中，為使廢氣燃燒完全（quán），需將水蒸氣引入等離子反應（yīng）器參與反應，但另以設備產生水（shuǐ）蒸氣，其成本增加，故有造成全氟化物廢氣等（děng）離子（zǐ）處理裝置的（de）產業利用性降低的缺點。此（cǐ）外，因全氟化物經裂解後所形成的廢氣中，氫氣占很大的比例，其自燃的特性，將會在後續的處理過程（chéng）中發生危害（hài），故有降低全氟（fú）化物（wù）廢氣等離子處理裝（zhuāng）置（zhì）的安全性（xìng）的缺點。

發明（míng）內容：

本發明的主要目的在於提供一種全氟化物廢氣處理方（fāng）法，利用燃燒廢氣（qì）時所產生的熱能，將液態（tài）水轉換為水蒸氣，減少了單獨產生水蒸氣的設備。

本發明的另一（yī）目（mù）的在於提供一種全（quán）氟化物廢氣處理方法，在裝置中多設置一燃燒（shāo）室（shì），將空氣與廢氣中氫氣混合燃燒，可大量減少氫氣含量。

本發明是使（shǐ）用下列步驟來達到上述的各項目的首先，是引入廢（fèi）氣，使之與（yǔ）高溫等（děng）離子火炬直接作用，再進入反應室內（nèi）處（chù）理。該等（děng）離子火炬包括水蒸氣入口及水蒸氣（qì）管等部份。其中水（shuǐ）蒸氣管管路中的液態水變（biàn）成水蒸氣的熱能來自等離（lí）子反應（yīng）器反應時的高溫（wēn），並進入等離子火炬參（cān）與毒性氣（qì）體的反（fǎn）應。

接續，為降低反應後大（dà）量氫（qīng）氣，本發明增設（shè）一燃燒室，將（jiāng）外界空氣與氫氣（qì）反應，以處理掉（diào）大量氫氣。

接（jiē）續，燃燒反應後剩餘的廢（fèi）氣進入（rù）一（yī）水槽，其內的噴（pēn）水器組噴出水霧，在此水可吸收熱量使廢氣迅速降溫，並溶解（jiě）反應後的部分氟化氫，而其餘落下於水槽表麵的產（chǎn）物，水槽再以底部排（pái）水方式將廢水排出（chū）。

最後，因高溫影（yǐng）響氣（qì）體的溶解度，所（suǒ）以在產物經噴（pēn）霧冷卻後，廢氣引入一濕式洗滌塔（tǎ）將廢氣反應後的剩餘產物除淨。

具體的講，本發明有如下第一（yī）種方法（fǎ）一種全氟化物（wù）廢氣（qì）處理方法，包含(a)全氟化物廢氣（qì）與水蒸氣通過等離子火炬進入反應腔瞬間（jiān）被熱解形成廢氣產物，其所（suǒ）述水蒸氣經由環繞所述反（fǎn）應腔（qiāng）的水蒸氣管組所提供；(b)一燃燒室引入外界空氣，使所述（shù）空氣可在所述（shù）燃燒室內與所述廢氣產（chǎn）物反應；©經由一水槽組溶解所述（shù）廢氣產物中部分氟化氫並（bìng）除去在（zài）所述水槽組中的所述廢氣產物中的固體小分子；(d)經由一濕（shī）式（shì）洗滌塔處理剩餘的所（suǒ）述廢氣（qì）產物。

所述的（de）全氟化（huà）物廢氣處（chù）理方法，其中所述水蒸氣管組的液態水（shuǐ）是通（tōng）過由所（suǒ）述全氟化物廢氣反應時（shí）的（de）高熱使的（de）成為水蒸氣（qì）。

所述的全氟化物（wù）廢氣處理方（fāng）法（fǎ），其中所述液態水是來自所述水槽組中的循環水。

所述的（de）全氟化物廢氣處理方法，其（qí）中所（suǒ）述燃燒室是通（tōng）過一控製閥引入（rù）所述外（wài）部空氣。

所述的（de）全氟化物廢氣（qì）處理方法，其中所述的控製閥可（kě）為複數個。

所（suǒ）述的全氟化物廢氣處理方法，其中所述水蒸氣管組可降低在燃燒過程中所述（shù）反應腔的溫度。

第二種方法一種全氟（fú）化物（wù）廢氣處理方（fāng）法，包含(a)全氟化物廢氣與水蒸氣通過等離子火炬進入反應腔瞬間被熱解形成廢氣產物；(b)一燃燒室通過由控製（zhì）閥引入外界生（shēng）氣，使所述空氣可在所述燃燒室內與（yǔ）所述廢氣產物反應；©經由一水槽組將所產生的廢氣（qì）產物急速降（jiàng）溫，並溶解（jiě）部分產物（wù）；(d)經由一濕式洗滌塔處理（lǐ）剩餘（yú）的所述廢氣產物。

所述（shù）的全氟（fú）化物廢氣處理方法，其中所述水蒸氣是由環繞所述反應腔的水蒸氣管組所提供，其（qí）中（zhōng）所述的水蒸氣（qì）管組（zǔ）的液態水是通過由所述全氟化物廢（fèi）氣反應時的高熱使之成為水蒸氣。

所述的全（quán）氟化物廢氣處理方法（fǎ），其中所述液態水是來自所述水槽組中的循環水。

所述的全氟化物廢氣處理方法（fǎ），其中所述燃燒（shāo）室是連接於所述反應腔之後。

所述的全氟化物廢氣處理方法，其中所述（shù）控製閥可為複數（shù）個。

所述的全氟化物廢氣處理方法，其中所述水（shuǐ）蒸氣管組可降低在燃燒過程中所述反（fǎn）應（yīng）腔的溫度。

第三種方法一種全氟化物廢（fèi）氣處理方法，包含(a)全氟化物廢氣與水蒸氣通（tōng）過等離子火炬進入（rù）反應腔瞬間被熱解形成廢氣產物（wù），其所述水蒸氣（qì）經由環繞所述反應腔的水蒸氣管組所提供；(b)經由一水槽組溶解所述廢氣產物中部分氟化氫並除去在所（suǒ）述（shù）水槽組中的所（suǒ）述廢（fèi）氣產物中的固體小分子；©經由一（yī）濕式洗滌塔處理剩餘的所述廢氣產物（wù）。

所述的全氟化物廢氣處（chù）理方法（fǎ），其中所述水蒸氣管組的液態水是通過由所述全（quán）氟化物廢氣反應時的高（gāo）熱使（shǐ）的成為水蒸氣。

所述的全氟（fú）化物廢氣處理方法，其中所述液態水是來自所述（shù）水（shuǐ）槽組中的循（xún）環水。

所述的全氮（dàn）化物廢氣處理方法（fǎ），其中所述水蒸氣（qì）管（guǎn）組可降低在燃燒過程中所述反應腔的溫度。

由上可知，本發（fā）明優點在於，利用燃燒廢氣時所產生的熱能，將液態（tài）水轉換為水（shuǐ）蒸氣。既節約了能源，也節省了單獨的水蒸氣產生設備。同（tóng）時將空氣與廢氣中氫氣混合燃燒，可（kě）大量減少氫氣（qì）含量，提高了安全性。

圖1是公知技（jì）術中全氟化物廢氣等離子處理裝置；圖2是本發明的實施例中實現本發明的全氟化物廢氣等離子處理裝置。

具體實施例方式：

本發明的目（mù）的在於提供一種（zhǒng）全氟化物廢氣處理方法，可運用在處理全氟化（huà）物（wù）(PFCs)的廢氣時，其反應中所添加的水蒸氣是利用本身燃燒的熱（rè）能加熱產生（shēng）的，且為除去廢氣反應後的大量氫（qīng）氣，本發明亦增加一燃燒室解（jiě）決。

首先，如圖2所示為實現本發明的全（quán）氟化物廢氣（qì）等離子處理裝置，其（qí）是引入廢氣，使之與高溫等離子火炬直接作用，再進入反應（yīng）室內處理，並於反應室（shì）出口處設置一噴水器組（zǔ），廢氣經過噴水器組降溫後，再引入一濕式洗滌塔處理後予以排放，此一濕式（shì）洗滌塔的循環用水設有一水槽供應的（de），其運作方式（shì）如下一等離子火炬200包括一水（shuǐ）蒸氣入口201及一水蒸（zhēng）氣管202。其水蒸氣管202管路的配置（zhì）即為本發明（míng）的重點之一，其中水蒸氣管202管路是源自水槽組，以適當方式環繞一等離子反應器210後向上（shàng）延伸至水蒸氣入口201；當（dāng）液態水自水槽（cáo）流動環繞等離子反應器時，等離子反應器所生的熱能將其加熱為水蒸氣，並自水蒸氣入口201進入等離子火炬200使參與（yǔ）毒性氣體的（de）反應。

為使等離子火炬產（chǎn）生極高溫(10000℃)等離子束流的效率提升，需將水蒸氣引入等離子反應器參與反（fǎn）應（yīng）。本（běn）發明利用等離子反應器於反應過（guò）程中產生的熱能，通過熱交換方式將液態水轉換為水蒸氣後，直接引入等離子反應器參與反應（yīng）。如此不僅節省成本，不需另（lìng）行增添加熱器，更可同時（shí）降低（dī）反應後所生廢氣溫度，增加廢氣對水的溶解度，以利後續的處理。

其等離（lí）子反應器（qì）210更包括一廢氣進口211、一反應室213二（èr）個部分，其中反應室213內（nèi）部（bù）因（yīn）此耐火隔（gé）熱材料構築而成，在等離子火炬加熱下，可形成高溫環境。全氟化物廢氣由（yóu）廢（fèi）氣進口211進入等離子反應器210，通（tōng）過等離（lí）子火炬200的極高（gāo）溫(10000℃)等離子束流（liú），全氟化物廢氣在反應室213中，瞬間被熱解、原子化（huà）或離子化，全氟化物組成之間的化學鍵因而被瓦（wǎ）解摧毀，形成一些簡單易於處理的分子或原子如氫、一（yī）氧化碳、二氧化碳和氟化（huà）氫等，而沒有機會組合成較大的（de）或較複雜的分子。但由於經等離子反應器210處理後（hòu）的廢氣溫（wēn）度（dù）很高，並產生（shēng）氟化氫及氫氣氣體，其中氫氣在後續處理過程中易（yì）產生（shēng）爆炸危險。因此，本發明在等離子反應器210的反應室213出口處，增設一燃燒室280，通（tōng）過由全氟化物廢氣處理裝置內部為負壓的原理，通（tōng）過一（yī）空氣閥281的控製，可將外界空氣（qì）引入後，使空氣（qì）中的氧氣（qì）可在燃燒室內與氫氣反應，以處（chù）理掉大量氫氣，此亦為本發明的重點。

接續，與傳統全氟化物廢氣（qì）等離子（zǐ）處理方式相同，其（qí）燃燒反（fǎn）應後剩餘的廢氣進入一水槽230，其內的一噴水器（qì）組220設有一水量控（kòng）製閥221調控噴水量使一噴水頭222噴出水霧，由此水吸收熱量使廢氣迅速降溫，並溶解部分氟化氫(HF)，而其餘落下於水槽表麵的產（chǎn）物，水（shuǐ）槽再以底部排水方式將廢水排（pái）出（chū）。其（qí）噴水器組（zǔ）220的水（shuǐ）源亦可由水泵240抽取水槽230的水供應(圖（tú）中未示)，水（shuǐ）泵240之前可設置一過（guò）濾器241過濾雜質及固體物。因高溫影響氣（qì）體的溶（róng）解（jiě）度，所以在產物（wù）經噴（pēn）霧冷（lěng）卻後（hòu），通過一過濾器241過濾雜質及固體（tǐ）物，再將廢氣引入一濕式洗滌塔250內部填有高表麵積填充物。毒性氣體廢氣在經過此一濕式洗滌塔250時，其夾帶的固體物，例如，含矽粉（fěn）末等，可以被洗（xǐ）淨濾除，同時氟化氫在（zài）此也被吸收，於處理氟化氫產物時，噴出的水霧可加堿液以（yǐ）中和氟（fú）化氫的酸性。當廢氣來源所提供的（de）氣流靜壓不足時，濕式洗滌塔（tǎ）250後端可加置一（yī）風車260以補足靜（jìng）壓，順利排出設（shè）計的風量值。

以上所述（shù）是利用較佳（jiā）實施例（lì）詳細（xì）說明本發明，而非限製本發明的範圍，因此熟知此技術的人士應能明了，適（shì）當而作些微的改變與調整，仍將不失本發明的要義所在，亦不脫離本發明的精神和範圍（wéi），故都應視為本發明的進一步實施狀況。

權利要求：

1.一種全氟化物廢氣處理方法，其特征在於，包（bāo）含(a)全（quán）氟化物廢氣與水蒸氣通過等（děng）離子火炬進入反應腔瞬間（jiān）被熱解形成廢氣產物（wù），其所（suǒ）述水蒸氣經由環繞所述反應腔的水蒸氣管組（zǔ）所（suǒ）提供；(b)一燃燒室引入外界空氣（qì），使所述空氣可在所述（shù）燃燒室內（nèi）與所述廢氣（qì）產物（wù）反應；©經（jīng）由一（yī）水槽組溶解所述廢氣產物中部分氟化氫並除去在所述水槽組中（zhōng）的所述廢氣產物中的（de）固（gù）體小分子；(d)經由一濕式（shì）洗滌塔處（chù）理剩餘的所述廢氣產物。

2.根據權利要求1所述（shù）的全氟化物廢氣處理方法，其特征在於，其中所（suǒ）述水蒸氣管組的液（yè）態水是通過由所述全氟化物廢氣反應時的高熱（rè）使的成為水蒸氣。

3.根據權利要求2所述（shù）的全氟化物廢氣處理方（fāng）法（fǎ），其特征在於，其中所述液態水是來自所述水槽組中的循環水。

4.根據權利要求1所述（shù）的全氟化物廢氣處理方法，其特征在於（yú），其中所述燃燒室是通過一（yī）控製閥引入所述外部空氣。

5.根（gēn）據權利要求4所述的全氟化物廢氣處理方法，其特征在於，其中所述的控（kòng）製（zhì）閥（fá）可為複數個。

6.根據權利要求1所述的全氟化物廢氣（qì）處理方法，其特征在於，其中所述水蒸氣管組可降低在燃燒過程中所述反應腔的溫度。

7.一種全氟化物廢氣處理方法，其特征在於，包含(a)全氟（fú）化物廢氣與水蒸氣通過等離（lí）子火炬進入反應腔瞬間被熱解形成廢氣產（chǎn）物（wù）；(b)一燃燒室通過由控製（zhì）閥引入外界生（shēng）氣，使所述空氣可在所述燃燒室內與所（suǒ）述廢氣產物反應；©經由一水槽（cáo）組將所產生的廢氣產物急速降溫（wēn），並（bìng）溶解部（bù）分產物；(d)經（jīng）由一濕式洗滌塔處理剩餘的所述廢（fèi）氣產物（wù）。

8.根據權利要求7所（suǒ）述的全氟化物廢氣處理方法（fǎ），其特征在於，其中所述水蒸氣是由環繞（rào）所述反應腔的水蒸氣管組所提供，其中所（suǒ）述的水蒸（zhēng）氣管組的液（yè）態水是通過由所（suǒ）述全氟化物廢氣（qì）反應時的高熱使之（zhī）成為水蒸氣。

9.根據權利要求（qiú）8所述的全氟化物（wù）廢氣處理方法（fǎ），其特征在於，其中所述液態水是來自所述水槽（cáo）組中的（de）循環水。

10.根據權利要求7所述的全氟化物廢氣（qì）處理方法，其特征（zhēng）在於，其中所述燃燒室是連接於所述反應腔之後。

11.根據權利要求7所述的全（quán）氟化物廢氣處理方法，其特征在於，其中所述（shù）控製閥可為複數個。

12.根據權利要求7所述的全氟化物廢氣處理方法，其特征在於，其中所述水蒸（zhēng）氣管組可降低（dī）在燃燒過（guò）程中所述反應腔的溫度。

13.一種全氟（fú）化物廢氣處理方法（fǎ），其特征在於，包含(a)全氟（fú）化物廢氣與水蒸（zhēng）氣通過等離子火炬進入反（fǎn）應腔瞬間（jiān）被熱解形成廢氣產物，其所述水蒸氣經由環繞（rào）所述反應腔的水蒸氣管組所提供；(b)經由一水（shuǐ）槽組溶解所述廢氣產物（wù）中部分氟化氫並（bìng）除去在（zài）所述水槽組中的所（suǒ）述廢氣產物中的固（gù）體小分子；©經由一濕式洗滌（dí）塔（tǎ）處理（lǐ）剩餘的所述廢氣產物。

14.根（gēn）據權利要求13所述（shù）的全氟化物廢氣處理方（fāng）法，其特征在於，其中所（suǒ）述水蒸氣管組的液態水是通過由所（suǒ）述全氟化物廢氣反應時的高熱使（shǐ）的（de）成為（wéi）水蒸氣。

15.根據權利要求14所述的全氟化物廢氣處理方法，其特征在於，其中所述液態水是來自所述水槽組中的（de）循環（huán）水。

16.根據權利要求13所述的全氮化物廢氣處理方法，其特（tè）征在於，其中所述水蒸氣（qì）管組（zǔ）可降低在燃燒過程中所述反應腔的溫度。

全文摘要：

一種全氟化物廢氣處理方法，可以利（lì）用等（děng）離子反（fǎn）應器於反應過程中產生的熱能，將液態水轉換為水蒸氣後，其產（chǎn）生的水蒸氣直接引入等離子反應器參與等離子束流的反（fǎn）應，如此，亦可降低（dī）燃燒過程（chéng）中（zhōng）反應（yīng）腔的高熱問題。此外，本發（fā）明亦設置一燃燒室與反應室相（xiàng）連，將空氣（qì）引入燃燒室中與（yǔ）氫氣混合燃（rán）燒，可處理大量全氟化物廢氣燃燒過程（chéng）中所產生的氫氣。