CN116236884A - 用于对气体流进行湿式清洁的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于清洁气体流中的气态、液态和固态杂质的装置(1)，其具有气体入口(3)、用于用洗涤液清洁气体流的至少一个第一洗涤段(6)、气体出口(5)和气体供应管路(24)。所述装置(1)还包括用于不同气体流的多个气体入口(3)，连接到所述气体入口(3)的供应管路(24)具有到所述装置(1)的连续坡度并且优选在所述气体入口(3)前面具有液体捕集器(14)，所述装置(1)具有预洗涤室(16)并且优选具有喷射喷嘴(10)，该预洗涤室带有至少一个喷射喷嘴(10)并且在连接管路中在第一洗涤段(6)和第二洗涤段(7)之间或在洗涤段(6)后面具有至少一个包装(9)，还涉及用于使用该装置清洁废气的方法。

Description

用于对气体流进行湿式清洁的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于对气体流进行湿式清洁的装置和方法，其中从气体流中去除固态、液态和气态杂质。

背景技术

在半导体工业中、尤其是在微电子制造中使用以下工艺，在该工艺中用一系列不同的液态化学品洗涤晶片。来自这些工艺的废气在工艺设备附近用湿式洗涤器处理，以便避免由于废气管路中不同废气流的混合引发不期望的反应。然而，在工艺设备中或在废气管路的开始处就已经可能形成固体颗粒或极细液滴的雾。由于这些颗粒由气相形成，所以它们的直径通常小于1μm。

为了从气体流中分离小颗粒，现有技术中提出了不同的方法和装置。

例如，US 2008/0271603A1描述了一种空气净化系统，该空气净化系统尤其包括具有反应介质的水溶液的净化室，该反应介质能够从气体流中去除污染颗粒和/或气态有害物质。此外，为了去除颗粒，该系统还包括入口和出口过滤器，其可从气体流中分离尺寸在3-100μ和0.3-3μ之间的颗粒。

DE 10 2018 127 371 A1涉及一种用于在半导体工业中从废气流中清洁例如固态、液态和气态杂质的紧凑型湿式洗涤器，其中该洗涤器在壳体内具有旁路通道，用于桥接通过至少一个存在的洗涤管路的气体流路径。

此外，在现有技术中，为了从气体中分离颗粒，描述了具有高能量需求的文丘里分离器(水射流式或槽式文丘里管)以及在高压下工作的电过滤器。后者通常是不可接受的，因为在气体净化过程中应避免火源。

发明内容

因此，对于性能卓越且紧凑的气体洗涤器仍然存在需求，其也适用于分离废气中所含的最细颗粒。

根据本发明，通过以下描述的装置和使用这种装置的方法来解决该任务。

这种类型的湿式洗涤器优选地具有两个并排布置并且以逆流原理工作的洗涤级的洗涤器。由于气体向液相的转变取决于液体的有效表面，所以这些洗涤级通常设计为包装柱(或塔)。包装柱通常通过将合适的填料倒入筛底或通过所谓的结构化包装(或充填物)来实现，在该结构化包装中将大块结构化材料装入到柱(或塔)中。

安装在湿式洗涤器外部的旁通管路尤其适用于半导体工业。这些旁通管路允许气体流绕过湿式洗涤器，以便在需要打开湿式洗涤器进行维护时不中断废气流。

对于湿式洗涤器中气体的良好分离，洗涤液的大表面积和气体与液体接触的长停留时间是有利的。对于极细颗粒的分离，气体和液体的较长停留时间或接触时间也可以通过颗粒的扩散改善分离。这尤其是在半导体生产中由于湿式洗涤器的尺寸限制通常是不可能的，因为需要靠近生产单元。

根据本发明，将颗粒与表面之间的相对速度的增加以及气相中携带的颗粒与包装材料(或充填物材料)的表面之间的距离的减小用来改善颗粒分离。为此，可以将洗涤器具有较窄横截面的区段用来提高流速并且优选地配备有织物包装(或充填物)。该包装(或充填物)用洗涤液冲洗。由于惯性，流速的提高加强了较大颗粒的分离。包装(或充填物)的孔径越小，由于阻挡效应，细颗粒与液体表面的接触越紧密且有效。因此，该优选织物包装的孔径比气体洗涤塔中的填料包装的孔径更细/更小。气体洗涤塔中使用的填料的自由体积优选至少为90％，比表面积优选至少为150m²/m³。相反，用于改善颗粒分离的优选织物或纺织包装被实施成由纤维或丝线制成的垫，即例如实施为编结物、无纺布、编织物或优选针织物。这些包装的自由体积优选至少为85％，比表面积优选至少为400m²/m³。

比表面积定义为填料的几何表面积或者填充物(或散装)或包装的体积中纤维或丝线的表面积。如果A_F是填料的表面积或纤维的表面积，Vs是填充物或包装的体积，则比表面积是A_F/Vs。自由体积定义为填充物或包装的体积的未填充填料或纤维的份额。如果V_F是填料的体积，V_S是整个填充物的体积，则自由体积定义为(V_S-V_F)/V_S。同样，这也适用于纤维或丝线。有关这些参数(比表面积、空隙比)的使用参考，请参见H.T.El Dessouky等人：化学工程和加工(Chemical Engineering and Processing)39(2000)129-139中的定义。

随着孔径的减小，包装上的压力损失和液体在包装中堵塞的风险也会增加。因此，所述措施更适用于洗涤器中的以下区段，在该区段中气体和洗涤液以相同方向(向下)流动。

如果要避免颗粒排放到环境空气中，则最初就避免颗粒的形成是有利的。为此目的，有利的是将来自生产过程的不同源的气体分别供应给洗涤器，并且在不同的气体流相混合并相互反应成形成颗粒的物质之前与洗涤液接触。

此，根据本发明的洗涤器优选地配备有模块化的前板或前箱，其可以容易地适应各生产场所中的个别情况，即要连接的排气管路的数量和尺寸。该前板安装在洗涤器的主体上，并形成连接至预洗涤室的端口。前板上有气体入口，该气体入口具有用于供应废气的端口。这些气体入口优选设置有进入洗涤器的斜坡，以允许注入管路的液体流回洗涤器。在气体入口的区域中可以设置喷射喷嘴，其布置成使得洗涤液被喷射到气体入口中。由此，在来自不同进料器的气体流混合之前就降低了水溶性气体的浓度。

由于上游工艺、特别是在半导体生产中通常是湿法工艺，因此在从工艺设备到洗涤器的气体供应管路中，液体可能在壁上冷凝，或者甚至液体通过气体供应管路从工艺设备排出，例如，也可以将水有针对性地冲洗到管路中，以冲洗出固体沉积物。因此，从工艺设备到洗涤器的管路应具有无“袋点”的连续坡度。为了防止这些也可能含有反应性化学物质的液体进入洗涤器和洗涤液并损害洗涤器的性能，可以在气体入口之前不远处的进料部或管路处设置液体捕集器。所述液体捕集器例如实施为管路中的凹部，例如以漏斗或柱形罐的形式，用于收集液体。为了确保通过进料部向下流动的液体不会射到捕集器的凹部之外，可以在凹部之前或之后在管壁中设置突起，该凸起减缓或阻拦液体。捕集器可在下端部具有排放口，该排放口经由气体屏障(捕集器)通向合适的收集容器或用于收集液态废弃物的系统。当预洗涤室不工作时，例如当使用洗涤器周围的旁路并且与洗涤器的连接关闭时，这种液体捕集器还可以防止液体流入预洗涤室。还可防止在洗涤器停机或洗涤器维护期间液位升高到最大允许液位以上，从而堵塞气体通道并且从而阻碍工艺工具的抽吸。

可能的是，在洗涤器运行期间，洗涤器中的包装或液滴分离器被形成的固体物质或生物污垢堵塞。在这些情况下，需要清洁这些部件。为此，有利的是，可以接通洗涤器周围的旁路，从而当气体不再能够不受阻碍地流过洗涤器时，或者当洗涤器必须打开以进行维护时，工艺设备可以继续运行或者至少仍然通过排气管抽吸。

如DE 10 2018 127 371 A1中所描述的那样，旁路和通过洗涤器的路径之间的切换可以通过阀瓣或挡板实现。当在预洗涤室上使用带有多个进料器的模块化前板时，有利地选择带有两个旁通阀瓣的实施方案。在此，旁通阀瓣位于预洗涤室下方，第二阀瓣位于预洗涤室上方。两个阀瓣优选地连接到公共驱动器以保证同步切换。使用两个单独的阀瓣进行切换的做法允许在切换期间更稳定地控制预洗涤室中的压力。

此外，在一个优选实施方式中，为了调节洗涤器输入端处的压力，在旁通管路中还布置有受控风机或受控节流阀。

在下文中，借助于实施例更详细地描述本发明，而不限于此。本发明的装置和本发明方法的上述和以下描述的特征可以单独地或根据多个特征自由组合，而不受特定实施方式的限制。

根据本发明，洗涤器的壳体优选地由不锈钢制成，其在内侧附加地具有防腐层。该实施方式的优点是：提高了机械稳定性，在输送中，特别是在较低的外部温度下，与塑料相比，损坏的危险较低，在连接气体供应管路时没有由于负载进入而造成的功能风险，对热工艺废气或洗涤器中产生的反应热的热输入没有温度敏感性。

本发明的洗涤器具有旁通管路，利用该旁通管路，在洗涤器的维护或故障中也确保上游工艺设备的抽吸。

此外，根据本发明，以下实施方式是优选的：

两个洗涤级之间的连接管路从第一洗涤级的上端部向下游通向第二洗涤级的下端部。该连接管路的横截面小于这些洗涤级的柱的横截面，从而得到更高的流速。将包装例如填料、结构化包装、织物)放入该连接管路中。

利用位于包装上方的喷射喷嘴供应洗涤液以润湿包装。由于气体和洗涤液以相同的方向流动，所以不会导致洗涤液在包装中堵塞。因此，比洗涤级中更小的孔径是可能的。对于气体的分离，相同指向的流动的效率稍低，但对于颗粒的优选的分离，气体的较高速度和包装中的偏转是非常有利的。因此，小孔径或密实的包装是优选的，并且尽管气体在包装中的体积小且停留时间短，但向下游指向的管路可被用来改善颗粒分离。

附图说明

图1至图4示意性示出了本发明的不同实施例。在这些图中，相同或作用的部件具有相同的附图标记。

具体实施方式

本发明的设备1具有用于废气的多个单独的入口3，以避免来自不同处理室的废气混合以及随后反应形成颗粒。从上游工艺设备25，气体供应管路24以连续的坡度通向装置1的气体入口3。该气体供应管路24可以在气体入口3的前面具有液体捕集器14。在入口3中或在直接在入口通入部后面的预洗涤室16中设置喷射喷嘴10，以快速降低废气中水溶性组分的浓度。由此，降低了颗粒形成的速度。在预洗涤室16的下端还可以设置包装9，该包装被来自预洗涤室16中的喷射喷嘴10的洗涤液润湿。这与洗涤级6和7之间或洗涤级之后的连接管路中的包装类似，主要用于颗粒的分离。

由于用于颗粒分离的精细包装9，可以预期通过设备的压力损失稍大。在更精细的包装9中，沉积物也会更快地导致设备堵塞，因此通过洗涤级和用于颗粒分离的包装的压力差的监控对于该设备的可靠性也非常重要。因此，优选在预洗涤室16和第二洗涤级5的输出部之间设置压差测量17。

如果来自上游工艺的颗粒负载高或如果反应性气体的浓度高，则可能导致用于对预洗涤室中的压力进行测量的测量端口被堵塞。在此，颗粒可能进入测量开口并使得压力测量失真。因此，测量端口可以配备有吹扫气体端口22，通过该吹扫气体端口例如供应干空气或氮气，以保持颗粒远离这些端口。然而，这也可能导致盐水洗涤溶液在端口处干燥并妨碍压力测量。因此，必须偶尔清洁测量管路。为了允许在不中断上游工艺的情况下进行清洁，提供了两个端口18用于压力测量，这两个端口可以交替使用。为此，压力计19和端口18之间的连接管路是分支的，并设有两个截止阀20。然后，为了清洁测量端口，可以在不干扰通过第二端口继续进行的压力测量的情况下截止并移除该测量管路的相应分支。

为了补偿洗涤级和颗粒分离包装上的压力损失，该设备可以在洗涤级下游和液滴分离器(除雾器)23下游配备集成风机21。该设备的入口压力可用于调节该风机21的功率，以保持恒定的入口压力。被调节的风机21在高功率下比在低功率下消耗更多的能量。通过该设备的压力损失还取决于包装8、9、特别是用于颗粒分离的更精细的包装9的冲洗。为了减少风机21的能量消耗，如果上游工艺不产生颗粒，则可以调节精细包装9的冲洗，以使该冲洗最小化。

为此，废物处理设备可以从上游工艺设备接收信号。这些信号可以提供关于工艺设备的状态或各单个工艺室的状态的信息。根据这些信号，废物处理设备基于所述信号决定是否需要改进颗粒分离。替换地，所述信号可以给出颗粒分离的要求。这些信号可以例如通过开关触点或普通串行接口(例如以太网或RS485)传输。

这种信号还可以被用来传输在一定时间内不需要处理气体和颗粒的信息。根据这些信息，该设备可以通过旁路引导废气，从而为泵和风机节省能量。所述信号也可被用来改变废物处理设备入口处的压力，并使其适应工艺设备的可变要求。

出于安全原因，废物处理设备通常以类似的方式将信号发送回工艺设备，以指示设备状况，例如该设备功能完全地运行或处于维护状态，或者如果监测参数超出规定范围，则发出警告或警报。

因此，本发明包括一种装置，其优选设计为湿式洗涤器，用于清洁气体流中的气态、液态和固态杂质，如前面的描述和后面的权利要求中所反映的那样。

此外，本发明还包括一种用于清洁气体流中的气态、液态和固态杂质的方法，在该方法中使用了本发明的装置，最后，本发明还涉及一种本发明的装置在所述方法中或用于清洁气体流中的气态、液态和固态杂质的用途。

附图标记列表

1装置/湿式洗涤器

2前板

3气体入口(带有去往洗涤器的斜度)

4旁通管路

5气体出口

6第一洗涤段/洗涤级

7第二洗涤段/洗涤级

8洗涤段中的填料包装

9气体流或连接管路中的织物包装

10喷射喷嘴

11引导元件

12用于第一洗涤液的收集罐

13用于第二洗涤液的收集罐

14液体捕集器

15液体捕集器的排放口

16预洗涤室

17用于差压测量的组件

18用于差压测量的端口

19压力计

20截止阀

21风机

22用于压力测量端口的冲洗气体端口

23液滴分离器

24气体供应管路

25工艺设备。

Claims (12)

1.一种用于清洁气体流中的气态、液态和固态杂质的装置(1)，其优选呈湿式洗涤器的形式，该装置具有气体入口(3)、用于用洗涤液清洁气体流的至少一个第一洗涤段(6)、气体出口(5)和气体供应管路(24)，其特征是，所述装置(1)还包括用于不同气体流的多个气体入口(3)，其中连接到所述气体入口(3)的供应管路(24)具有到所述装置(1)的连续坡度并且优选在所述气体入口(3)前面具有液体捕集器(14)，所述装置(1)具有带至少一个喷射喷嘴(10)的预洗涤室(16)，并且在连接管路中在第一洗涤段(6)和第二洗涤段(7)之间或者在洗涤段(6)后面具有至少一个比表面积为至少400m²/m³的包装(9)，该包装优选呈织物包装的形式，并且优选具有喷射喷嘴(10)。

2.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征是，所述气体流从所述第一洗涤段(6)的上端部通过所述连接管路中的优选织物包装(9)向下游引导至所述第二洗涤段(7)的下端部或所述气体出口(5)。

3.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征是，所述装置(1)具有可更换的前板(2)，所述前板设有所述气体入口(3)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置(1)，其特征是，所述连接管路中的优选织物包装(9)的孔径小于所述洗涤段(6)或洗涤段(6)和(7)中的填料包装(8)的孔径。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置(1)，其特征是，所述液体捕集器(14)设置有排放口(15)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置(1)，其特征是，所述装置(1)在洗涤段(6)、(7)和液滴分离器后面配备有集成风机。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置(1)，其特征是，所述装置在所述预洗涤室(16)和最后的洗涤段(7)的输出部之间具有用于测量压差(17)的组件。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置(1)，其特征是，所述预洗涤室(16)具有用于测量压差(17)的两个端口(18)，这两个端口能够交替使用。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其特征是，所述装置在所述预洗涤室(16)中还包括包装(9)，该包装优选呈织物包装的形式，该包装具有至少400m²/m³的比表面积。

10.一种用于清洁气体流中的气态、液态和固态杂质的方法，其特征是，使用根据权利要求1至9中任一项所述的清洁装置(1)。

11.一种根据权利要求1至9中任一项所述的装置(1)在根据权利要求10所述的方法中的用途。

12.一种根据权利要求1至9中任一项所述的装置(1)用于清洁气体流中的气态、液态和固态杂质的用途。

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