DE19511645A1

DE19511645A1 - Process and device for cleaning pollutant-containing exhaust gases by chemical reaction in a flame and on hot surfaces

Info

Publication number: DE19511645A1
Application number: DE19511645A
Authority: DE
Inventors: Horst Dr Reichardt; Lothar Dipl Ing Ritter; Guenter Dipl Ing Firkert; Lutz Dipl Phys Labs; Konrad Dipl Phys Gehmlich; Gerold Hofmann; Michael Dipl Ing Hentrich; Wido Wiesenberg
Original assignee: Das Duennschicht Anlagen Systeme GmbH
Current assignee: Das Duennschicht Anlagen Systeme GmbH
Priority date: 1995-03-30
Filing date: 1995-03-30
Publication date: 1996-10-02
Also published as: EP0735322A2; EP0735322A3; EP0735322B1; DE59605997D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Reinigung von Abgasen mit unterschiedlichen, vorzugsweise fluorhaltigen Schadstoffen, insbesondere aus Anlagen zum Abscheiden und Abtragen durch Plasmaprozesse und durch chemische Dampfphasenabscheidung. Derartige Prozesse spielen ein Rolle bei der Herstellung von Halbleiterschaltkreisen. Die Abgase enthalten Schadstoffe unterschiedlicher, chemischer Zusammensetzung. Wichtige Gruppen dieser Schadstoffe sind Hydride, z. B. Silane. Häufig fallen Fluorkohlenwasserstoffe und andere Fluorverbindungen an. Die Schadstoffe oder deren Reaktionsprodukte wirken toxisch bzw. fördern aufgrund ihrer schädlichen Wirkung in der Atmosphäre die Ozonzerstörung und den Treibhauseffekt.The invention relates to a method and a device for cleaning exhaust gases with different, preferably fluorine-containing pollutants, especially from plants for Separation and ablation by plasma processes and by chemical vapor deposition. Such processes play a role in the manufacture of semiconductor circuits. The exhaust gases contain pollutants of different chemical composition. Major groups of these Pollutants are hydrides, e.g. B. Silanes. Fluorocarbons and others often fall Fluorine compounds. The pollutants or their reaction products are toxic or promote ozone depletion due to their harmful effects in the atmosphere Greenhouse effect.

Zur Abgasreinigung sind eine ganze Reihe von Verfahren bekannt.A whole series of methods are known for exhaust gas purification.

Sehr häufig erfolgt die Reinigung durch Sorption der Schadgase aus dem Abgas, in dem dieses z. B. durch oxidierende, wässerige Lösungen geführt wird (DE 33 42 816 A1). Dabei entstehende, wasserlösliche Verbindungen können in einer zweiten Prozeßstufe, z. B. durch basische Lösungen ausgefällt werden. Flüchtige Schadstoffe oder Sekundärprodukte werden in einer dritten Prozeßstufe, z. B. mittels Aktivkohlefiltern, aus dem Abgas beseitigt.The cleaning is very often carried out by sorption of the harmful gases from the exhaust gas in which it is e.g. B. is passed through oxidizing, aqueous solutions (DE 33 42 816 A1). The resulting Water-soluble compounds can in a second process stage, for. B. by basic solutions be canceled. Volatile pollutants or secondary products are in a third Process stage, e.g. B. by means of activated carbon filters, removed from the exhaust gas.

Eine andere Gruppe von Reinigungsverfahrten arbeitet mittels Feststoffreaktionen mit indirekt elektrisch oder induktiv beheizten Materialien. Nicht-organische Halide und Hydride, sowie metall- organische Verbindungen lassen sich an beheizten Metallkatalysatoren zersetzen (Europ. Pat. 0384803 A1). Um Unterschiedliche chemischen Reaktionen für die Beseitigung der Schadstoffe zu nutzen oder/und Schadstoffe in Prozeßfolgen zu beseitigen, werden die reaktiven Materialien in einer indirekt beheizten Kolonne geschichtet angeordnet (WO89/11905, WO91/08041). Auf diese Weise wurden z. B. Halogene und Hydride chemisch umgesetzt und in feste Verbindungen umgesetzt. Die Wirksamkeit einer derartigen Verfahrensweise wird aber unter Umständen durch eine mit der Prozeßzeit fortschreitenden Versiegelung der Oberflächen durch die festen Verbindungen drastisch verringert. Der Reinigungsprozeß erfordert eine periodische Erneuerung der reaktiven Materialien. Another group of cleaning processes works indirectly using solid reactions electrically or inductively heated materials. Non-organic halides and hydrides, as well Organometallic compounds can be decomposed on heated metal catalysts (Europ. Pat. 0384803 A1). To different chemical reactions for the removal of pollutants to use and / or to remove pollutants in process sequences, the reactive Materials arranged in layers in an indirectly heated column (WO89 / 11905, WO91 / 08041). In this way, e.g. B. Halogens and hydrides chemically implemented and implemented in fixed connections. The effectiveness of such In some cases, however, the procedure is characterized by progressing with the process time Sealing of the surfaces is drastically reduced by the fixed connections. Of the The cleaning process requires periodic renewal of the reactive materials.

In einer Kombination eines indirekt beheizten thermischen Feststoffreaktors mit einer anschließen den Einrichtung zur Hydrolyse bzw. Neutralisation in hydroxidischer Lösung werden z. B. flüchtige Fluorverbindungen aus dem Abgas beseitigt. C₂F₆, SiF₄, COF₂ und andere Stoffe werden an heißen Siliziumoxid- Oberflächen zunächst in flüchtige Siliziumfluoride umgesetzt und anschließend als feste Fluorverbindungen, z. B. als CaF₂ in den wässerigen Lösungen ausgefällt. Eine Vergiftung der reaktiven Oberflächen im Feststoffreaktor (z. B. durch Kohle oder Karbide) kann durch Sauerstoffzusatz zum Abgas verringert werden (DD 2 21 088 A1). Problematisch sind die begrenzten Reaktionsflächen der reaktiven Materialien und der damit beschränkte Durchsatz an schadstoffhaltigen Abgasen.Connect in a combination of an indirectly heated solid thermal reactor with one the device for hydrolysis or neutralization in hydroxide solution z. B. volatile fluorine compounds removed from the exhaust gas. C₂F₆, SiF₄, COF₂ and other substances first converted into volatile silicon fluorides on hot silicon oxide surfaces and subsequently as solid fluorine compounds, e.g. B. precipitated as CaF₂ in the aqueous solutions. Poisoning of the reactive surfaces in the solid-state reactor (e.g. by coal or carbides) can be reduced by adding oxygen to the exhaust gas (DD 2 21 088 A1). Are problematic the limited reaction areas of the reactive materials and the limited throughput on pollutant-containing exhaust gases.

Eine Vielzahl von Abgasreinigungsverfahren basieren auf der thermischen Zersetzung oder Oxida tion der Schadstoffe in einer Brennkammer. Sind die Schadstoffe selbst nicht brennbar oder sind sie nur Bestandteile von Abgasen mit hohem Inertgasanteil, so werden sie zur chemischen Umset zung in eine Brenngasflamme, z. B. aus einem Erdgas/Sauerstoff- oder Wasserstoff- Sauerstoffgemisch, eingeführt (US 5 183 646). Schädliche Sekundärstoffe der Umwandlung werden anschließend, z. B. durch Sorptions- oder Waschprozesse, aus dem Abgas beseitigt (US-A 288 9002).A variety of emission control processes are based on thermal decomposition or oxides tion of the pollutants in a combustion chamber. Are the pollutants themselves non-flammable or are If they are only components of exhaust gases with a high proportion of inert gas, they become a chemical conversion into a fuel gas flame, e.g. B. from a natural gas / oxygen or hydrogen Oxygen mixture, introduced (US 5 183 646). Harmful secondary substances of the conversion are then, e.g. B. by sorption or washing processes, removed from the exhaust gas (US-A 288 9002).

Die Abgasreinigung ist also in der Regel ein mehrstufiger Prozeß, bei dem ein oder mehrere der folgenden Teilprozesse, wie thermische Zersetzung oder Oxidation, Kühlung, Sorption, Hydrolyse und Neutralisation, ablaufen (034 689 3 B1). Dazu wird das Abgas nacheinander z. B. durch eine Einrichtung mit einer Brennkammer und mindestens eine weitere Einrichtung, z. B. eine solche, die nach dem Waschprinzip wirkt, geleitet.Exhaust gas cleaning is usually a multi-stage process in which one or more of the following sub-processes, such as thermal decomposition or oxidation, cooling, sorption, hydrolysis and neutralization, expire (034 689 3 B1). For this, the exhaust gas is successively z. B. by a Device with a combustion chamber and at least one other device, e.g. B. one that works according to the washing principle.

Es sind auch Einrichtungen zur Reinigung von Abgas vorgeschlagen worden, bei denen das Abgas nacheinander durch eine Brennkammer zur Verbrennung der Schadstoffe und eine Waschkammer geleitet wird, die konstruktiv zu einer Einheit zusammengefaßt sind (EP 89 110 875). Ein mehr stufiger Reinigungsprozeß wurde auch in einer einzigen Reaktionskammer realisiert, in dem das verbrannte Abgas durch eine feinverteilte Flüssigkeit (Sorptions- bzw. Kühlmittel) geführt wird oder mit einem solchen Flüssigkeitsfilm an den Wandflächen der Brennkammer in Kontakt ge bracht wird (DE 43 20 044).Devices for cleaning exhaust gas have also been proposed, in which the exhaust gas successively through a combustion chamber for burning the pollutants and a washing chamber is led, which are structurally combined to form a unit (EP 89 110 875). One more stage cleaning process was also implemented in a single reaction chamber, in which the burned exhaust gas is passed through a finely divided liquid (sorbent or coolant) or in contact with such a liquid film on the wall surfaces of the combustion chamber is brought (DE 43 20 044).

Die Umsetzung der Schadstoffe in einer Brenngasflamme hat jedoch für unterschiedliche Schad stoffe eine unterschiedliche Effizienz in der Reinigungswirkung. So ist die Effizienz der Reini gungswirkung z. B. für fluorierte Kohlenwasserstoffe und andere Fluorverbindungen nicht ausrei chend, um geforderte Standards einzuhalten. Bei vertretbarem Verbrauch von Brenngas enthalten die gereinigten Abgase noch kritisch hohe Anteile an Schadstoffen. Eine Verbesserung der Effizi enz der Reinigung in Richtung eines niedrigen Schadstoffgehaltes im gereinigten Abgas, kann zwar in gewissem Umfang durch Erhöhung der Brenngasmenge relativ zur Menge des zugeführten Abgases erzielt werden, führt jedoch wegen der Erhöhung des Brenngasverbrauches zu einer kritischen Verschlechterung der Ökonomie der Abgasreinigung.However, the implementation of the pollutants in a fuel gas flame has different harmful effects different efficiency in the cleaning effect. This is the efficiency of the Reini supply effect z. B. not sufficient for fluorinated hydrocarbons and other fluorine compounds sufficient to meet the required standards. Included with reasonable consumption of fuel gas the cleaned exhaust gases still critically high levels of pollutants. An improvement in efficiency However, cleaning in the direction of a low pollutant content in the cleaned exhaust gas can to some extent by increasing the amount of fuel gas relative to the amount of fuel supplied Exhaust gas can be achieved, however, leads to an increase in fuel gas consumption critical deterioration in the economy of exhaust gas purification.

Da in der Brenngasflamme mit Abgaszufuhr im allgemeinen mehrere Reaktionen ablaufen, deren wichtigste Ergebnisse die Verbrennung des Brenngases (z. B. Erdgas oder Wasserstoff) unter der Einwirkung des mit zugeführten Sauerstoffes zum Zwecke der thermischen Aktivierung der Schadgase und die chemische Umsetzung der Schadgase in hydrolisierbare und absorbierbare bzw. unschädliche feste und flüchtige Verbindungen sind, ist aufgrund der Reaktionskinetik nicht zu erwarten, daß die gewünschte Umsetzung der Schadgase in der Flamme der Brennkammer voll ständig erfolgt. Infolge des Inertgasanteiles im Schadgas wird die Reaktionskinetik ungünstig beeinflußt und damit die Umsetzung der Schadgase in der Flamme anteilmäßig weiter verringert.Since there are generally several reactions in the fuel gas flame with exhaust gas supply, their most important results the combustion of the fuel gas (e.g. natural gas or hydrogen) under the Action of the oxygen supplied for the purpose of thermal activation of the Harmful gases and the chemical conversion of the harmful gases into hydrolyzable and absorbable or innocuous solid and volatile compounds are not due to the reaction kinetics expect the desired conversion of the harmful gases in the flame of the combustion chamber to be full takes place constantly. As a result of the proportion of inert gas in the harmful gas, the reaction kinetics become unfavorable influenced and thus the proportionate implementation of the harmful gases in the flame further reduced.

Die Reinigung von fluorhaltigen Abgasen in einer Brennkammer mit einer Brenngasflamme erfor dert spezifische Verfahrensweise und Einrichtungsausführung, wenn sie sowohl mit hoher Effizi enz der Schadstoffumsetzung als auch mit günstiger Ökonomie erfolgen soll. Die Ergebnisse sind bei Einsatz einer Einrichtung nicht für alle Schadstoffe gleich befriedigend. So ist die Effizienz der Umsetzung z. B. für Tetrafluormethan in einer Brenngasflamme ungünstig.The cleaning of fluorine-containing exhaust gases in a combustion chamber with a fuel gas flame is required changes specific procedure and facility implementation, if they both with high efficiency pollutant conversion as well as with favorable economy. The results are not satisfactory for all pollutants when using a facility. So is the efficiency of the Implementation e.g. B. unfavorable for tetrafluoromethane in a fuel gas flame.

Darüberhinaus werden die derzeitig stets wachsenden, hohen Anforderungen an die Reinigungsver fahren häufig nicht erfüllt, da in der Praxis der Reinigung von Abgasen aus CVD- und Plasmapro zessen Abgase mit unterschiedlichen Schadstoffen gleichzeitig anfallen. Eine Anpassung ein und derselben Abgasreinigungseinrichtung mit einer Brenngasflamme an derart unterschiedliche Schad gase allein durch Einstellung der Prozeßparameter führt zu keinen befriedigenden technischen Lösungen.In addition, the constantly growing, high demands on cleaning services drive often not met, because in practice the cleaning of exhaust gases from CVD and plasma pro exhaust gases with different pollutants occur simultaneously. An adjustment one and same exhaust gas cleaning device with a fuel gas flame to such different damage gases simply by adjusting the process parameters do not lead to satisfactory technical results Solutions.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der Beseitigung von Schadstoffen, insbesondere von Fluorverbindungen, aus nicht brennbaren Abgasen in einer Brennkammer mit einer Brenngas flamme die Effizienz der Reinigung zu erhöhen. Bei der Reinigung in der Brennkammer soll der Zersetzungsgrad von Verbindungen, die thermisch zersetzbar sind, verbessert werden und der Grad der chemischen Umsetzung anderer Schadstoffe erhöht werden, für Schadstoffe die mit Komponenten der Brenngasflamme reagieren. Insbesondere soll gewährleistet werden, daß eine hohe Reinigungswirkung erzielt wird, wenn das Abgas unterschiedliche, toxische Bestandteile enthält. Die Ökonomie des Reinigungsverfahrens ist durch Verringerung des Brenngasverbrauches und durch längere ununterbrochene Betriebszeiten zu verbessern.The invention has for its object in the removal of pollutants, in particular of fluorine compounds, from non-flammable exhaust gases in a combustion chamber with a fuel gas flame to increase the efficiency of cleaning. When cleaning in the combustion chamber, the Degree of decomposition of compounds that are thermally decomposable can be improved and the The degree of chemical conversion of other pollutants can be increased for those with Components of the fuel gas flame react. In particular, it should be ensured that a high cleaning effect is achieved if the exhaust gas different, toxic components contains. The economy of the cleaning process is reduced by the Improve fuel gas consumption and longer uninterrupted operating times.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 1 bis 8 und eine Einrichtung nach Anspruch 9 bis 14 gelöst.According to the invention the object is achieved by a method according to claims 1 to 8 and Device according to claim 9 to 14 solved.

Bei dem Verfahren wird davon ausgegangen, daß in einer Brennkammer ein Brenngasgemisch, vorzugsweise ein Wasserstoff/Sauerstoffgemisch oder ein Methan/Sauerstoffgemisch mit Hilfe eines Brenners verbrannt wird und daß in die Flamme das schadstoffhaltige Abgas eingespeist wird. Die Abgase sind nicht selbst brennbar, auch wenn sie brennbare Komponenten, z. B. Hydride, enthalten, da sie in der Regel zu über 90% aus nichtbrennbaren inerten Gasen, z. B. N₂ oder Ar, bestehen. Sollen die Schadstoffe in der Flamme für eine thermische Zersetzung nur aktiviert werden, werden die Komponenten des Brenngasgemisches stöchiometrisch zugeführt. Soll eine Umwandlung von Schadstoffen durch chemische Reaktionen in der Flamme erfolgen, so wird die wasserstoffhaltige Komponente oder der Wasserstoff im Überschuß zugeführt, wenn dies durch Reduktion geschieht bzw. es wird Luft oder Sauerstoff im Überschuß zugeführt, wenn eine Oxidation erreicht werden soll. Durch genaue Dosierung und/oder durch getrennte bzw. zusätzliche Zufuhr von Komponenten wird die Effizienz der Schadstoffumsetzung in der Flamme eingestellt. Eine Erhöhung der Effizienz der Schadstoffumsetzung in der Flamme wird mit speziellen Brennerkonstruktionen bzw. Vorrichtungen zur Verwirbelung der Gasströme und zur getrennten Zufuhr der Komponenten des Brenngasgemisches erreicht.The method assumes that a fuel gas mixture, preferably a hydrogen / oxygen mixture or a methane / oxygen mixture with the aid a burner is burned and that the pollutant-containing exhaust gas is fed into the flame becomes. The exhaust gases are not combustible themselves, even if they contain combustible components, e.g. B. Hydrides, since they usually contain over 90% non-flammable inert gases, e.g. B. N₂ or Ar. Are the pollutants in the flame only for thermal decomposition are activated, the components of the fuel gas mixture are supplied stoichiometrically. If the conversion of pollutants through chemical reactions in the flame should take place, so the hydrogen-containing component or the hydrogen is supplied in excess if this happens by reduction or air or oxygen is supplied in excess, if one Oxidation should be achieved. By exact dosing and / or by separate or additional supply of components will increase the efficiency of the pollutant conversion in the flame set. An increase in the efficiency of the conversion of pollutants in the flame is included special burner constructions or devices for swirling the gas flows and separate supply of the components of the fuel gas mixture is achieved.

Der heiße Gasstrom am Ende des wirksamen Bereichs der Flamme besteht dann aus dem verbrannten Brenngasgemisch (meist CO₂ und H₂O), aus erhitzten inerten Gasen (meist N₂ und Ar) und entweder aus den Produkten der thermischen Zersetzung in O₂-Atmosphäre (z. B. SiO₂ und Wasserdampf) oder aus Produkten der chemischen Umsetzung ( z. B. Fluorwasserstoff, Siliziumfluorid, Kohlendioxid und Wasserdampf bei der Verbrennung von Silan und Tetrafluormethan in einer Knallgasflamme). Feste Reaktionsprodukte schlagen sich an Bauteilen der Brennkammer nieder, z. B. SiO₂).The hot gas stream at the end of the effective area of the flame then consists of the burned fuel gas mixture (mostly CO₂ and H₂O), from heated inert gases (mostly N₂ and Ar) and either from the products of thermal decomposition in an O₂ atmosphere (e.g. SiO₂ and water vapor) or from products of chemical conversion (e.g. hydrogen fluoride, Silicon fluoride, carbon dioxide and water vapor in the combustion of silane and Tetrafluoromethane in a detonating gas flame). Solid reaction products hit components the combustion chamber down, e.g. B. SiO₂).

Die heißen Gase am Ausgang der Brennkammer werden einer Einrichtung zur weiteren Behand lung zugeführt. Dabei erfolgen in der Regel ein oder mehrere Teilprozesse wie Abkühlen, Hydro lisieren, Neutralisieren und Auswaschen. Derartige Teilprozesse werden z. B. in Sprühwäschern oder Kolonnen ausgeführt. Der derart behandelte, d. h. weitgehend von toxischen Schadstoffen befreite, Gasstrom wird nun mit Hilfe einer Absaugung dem Abluftkanal zugeführt. The hot gases at the exit of the combustion chamber are treated for further treatment lung fed. As a rule, one or more sub-processes such as cooling, hydro are carried out neutralize, neutralize and wash out. Such subprocesses are e.g. B. in spray washers or columns. The so treated, i.e. H. largely of toxic pollutants freed, gas flow is now fed to the exhaust air duct with the aid of an extraction system.

Auch nach Ausführung der beschriebenen Verfahrensweise, nach dem derzeitig günstigsten Stand der Technik, befinden sich in der Abluft wegen der Unvollständigkeit der beschriebenen Reaktio nen noch Anteile primärer Schadstoffe des Abgases und im geringen Umfang sekundäre Schad stoffe, die in der Flamme entstehen. Der Schadstoffanteil in der Abluft ist noch besonders hoch, wenn im Abgas Schadstoffe enthalten sind, die sich in der Flamme nicht bzw. nur schwer thermisch zersetzen oder chemisch umsetzen lassen.Even after executing the procedure described, according to the currently most favorable state the technology, are in the exhaust air because of the incompleteness of the described reaction proportions of primary pollutants in the exhaust gas and, to a small extent, secondary pollutants substances that arise in the flame. The proportion of pollutants in the exhaust air is still particularly high, if the exhaust gas contains pollutants that are not or only with difficulty in the flame decompose thermally or have chemically reacted.

Erfindungsgemäß wird innerhalb der Brennkammer, wärmeisoliert gegenüber der Umhüllung derselben, ein für den heißen Gasstrom durchlässiger Körper bzw. durchlässiges Material mit großer innerer Oberfläche im heißen Gasstrom angeordnet und auf diese Weise auf Temperaturen über 500°C, vorzugsweise im Bereich von 700°C bis 1400°C, erhitzt. Der thermische Energiein halt der Flamme wird zunächst, wie bekannt, genutzt, um das Abgas zu erhitzen und auf diese Weise im Volumen der Flamme, die für die Behandlung in einer Brenngasflamme typischen Effekte zu bewirken. Das sind die thermische Zersetzung von Schadstoffen und die chemische Umsetzung in thermisch stimulierten Reaktionen zwischen Komponenten des Brenngasgemisches und den Schadstoffen. Der Energieinhalt des heißen Gasstromes wird nun außerdem benutzt, um besagten Körper bzw. Material auf hohe Temperaturen zu bringen. Werden in oder um die Brennkammer im Bereich zwischen der Flamme und dem Ende der Brennkammer Wärmestrahlungsschutzbleche, gegebenenfalls zusätzliche, wärmeisolierende Stoffe eingebracht, so wird der Energieinhalt des heißen Gasstromes effizient zur Heizung des Körpers ausgenutzt.According to the invention, inside the combustion chamber, it is thermally insulated from the casing the same, a body or material permeable to the hot gas flow large inner surface arranged in the hot gas flow and in this way on temperatures heated above 500 ° C, preferably in the range of 700 ° C to 1400 ° C. The thermal energy The flame is first used, as is known, to heat the exhaust gas and on it Way in the volume of the flame typical of the treatment in a fuel gas flame Effects. These are the thermal decomposition of pollutants and the chemical Implementation in thermally stimulated reactions between components of the fuel gas mixture and the pollutants. The energy content of the hot gas stream is now also used to bring said body or material to high temperatures. Will be in or around the Combustion chamber in the area between the flame and the end of the combustion chamber Heat radiation protection plates, possibly additional, heat-insulating materials introduced, see above the energy content of the hot gas flow is used efficiently for heating the body.

Das besagte Gas wird durch diesen Körper (bzw. durch dieses Material) geführt und mit den Oberflächen desselben in innigen Kontakt gebracht. Besagter Körper besteht aus einem Werkstoff oder Werkstoffgemisch, das bei der angegebenen Temperatur mit einem der primären Schadstoffe und/oder sekundären Stoffe der Verbrennung flüchtige Verbindungen bildet und/oder eine zusätzliche Aktivierung bewirkt und/oder katalytisch wirksam wird.The gas is passed through this body (or through this material) and with the Surfaces of the same brought into intimate contact. Said body consists of a material or a mixture of materials containing one of the primary pollutants at the specified temperature and / or combustion secondary substances forms volatile compounds and / or additional activation and / or catalytically effective.

Durch den innigen Kontakt zwischen den inneren Oberflächen und dem Gasstrom wird der Körper (bzw. die Materialien) bei der gegebenen Wärmeisolation nahezu die Temperatur annehmen, die in der Flamme beim Eintritt der heißen Gase in den Körper gegeben ist. Eine geringe Differenz ergibt sich in radialer und in Ausbreitungsrichtung des Gasstromes durch unvermeidliche, aber geringe Wärmeverluste. Insgesamt kann aber durch Temperaturregelung über die Steuerung der Zufuhr der Komponenten des Brenngasgemisches erreicht werden, daß der Körper auf eine für den thermischen Reinigungsprozeß erforderliche Temperatur eingestellt wird. Diese Temperatur ist auch etwa die des jeweiligen, durch den Körper strömenden Gases. Due to the intimate contact between the inner surfaces and the gas flow Body (or the materials) with the given thermal insulation almost the temperature assume that is given in the flame when the hot gases enter the body. A there is a slight difference in the radial and in the direction of propagation of the gas flow unavoidable but low heat loss. Overall, however, through temperature control can be achieved by controlling the supply of the components of the fuel gas mixture that the Body is set to a temperature required for the thermal cleaning process. This temperature is also about that of the respective gas flowing through the body.

Im inneren Volumen des durchlässigen Körpers (bzw. Materials) werden somit ähnliche Bedin gungen wie in der Flamme geschaffen d. h. innerhalb des Körpers finden auch die Reaktionen thermische Zersetzung und chemische Umsetzung statt. Auf diese Weise werden diese Reaktionen über den Bereich der Flamme hinaus fortgesetzt, finden also in einem größeren Volumen bzw. auf einer längeren Wegstrecke als ohne besagten Körper (bzw. Material) statt. Entsprechend dieser Vergrößerung bzw. Verlängerung verbessert sich der Grad, in dem die Schadstoffe zersetzt bzw. chemisch umgesetzt werden.In the inner volume of the permeable body (or material) there are similar conditions as if created in the flame d. H. the reactions also take place inside the body thermal decomposition and chemical conversion take place. In this way, these reactions Continued beyond the area of the flame, so find it in a larger volume or on a longer distance than without said body (or material) instead. According to this Enlargement or elongation improves the degree to which the pollutants decompose or be implemented chemically.

Entscheidend für die qualitative Verbesserung aber ist, daß durch die Auswahl des Werkstoffes für besagten Körper (bzw. Material), dieser zusätzlich als oberflächenaktiver, thermischer Reaktor in nerhalb der Brennkammer wirksam wird. Die Auswahl des Werkstoffes wird der Art der zu ent sorgenden Schadstoffe angepaßt. Es kann zweckmäßig sein, daß durch zusätzliche Festkörperre aktionen die gleichen Schadstoffe wie in der Flamme und sekundäre, in der Flamme erzeugte Schadstoffe in flüchtige Produkte umgewandelt werden.It is crucial for the qualitative improvement, however, that through the selection of the material for said body (or material), this additionally as a surface-active, thermal reactor in takes effect within the combustion chamber. The choice of material will depend on the type of adjusted pollutants. It may be appropriate that additional solid state actions the same pollutants as in the flame and secondary, generated in the flame Pollutants are converted into volatile products.

Erfindungsgemäß wird Siliziumdioxid als Werkstoff eingesetzt. Ist z. B. Hexafluormethan als Schadgas zu entsorgen, so wird dieses bekannterweise in der Wasserstoff und Sauerstoff enthal tenden Flamme weitgehend in Kohlendioxid und Fluorwasserstoff umgesetzt. Für die gültigen strengen Umweltforderungen ist der Grad der Umsetzung jedoch nicht vollkommen ausreichend. Erfindungsgemäß erfolgt die weitere Umsetzung der Schadstoffe, im Beispiel die von Hexafluor methan, durch Volumenreaktion in dem für Gas durchlässigen durch die Flamme beheizten Körper (bzw. Material), was den Schadstoffanteil entscheidend weiter verringert. Extrem niedrige Schadstoffanteile aber werden erreicht, da im heißen Körper zusätzlich Oberflächenreaktionen mit Siliziumdioxid wirksam werden. Auf diese Weise wird restliches Hexafluormethan in flüchtiges Siliziumfluorid umgewandelt.According to the invention, silicon dioxide is used as the material. Is z. B. hexafluoromethane as Dispose of harmful gas, it is known to contain hydrogen and oxygen tendency flame largely converted into carbon dioxide and hydrogen fluoride. For the valid ones However, the degree of implementation is not entirely sufficient to meet strict environmental requirements. According to the invention, the further conversion of the pollutants takes place, in the example that of hexafluor methane, by volume reaction in the gas permeable heated by the flame Body (or material), which significantly reduces the pollutant content. Extremely low Pollutant proportions are achieved, however, since surface reactions also occur in the hot body Silicon dioxide take effect. In this way, residual hexafluoromethane becomes volatile Silicon fluoride converted.

Eine wesentliche, weitere Auswirkung der Nutzung des zusätzlich in der Brennkammer für die Brenngasflamme wirksamen Oberflächenreaktors besteht darin, daß nicht nur der primäre Schadstoff (im Beispiel Hexafluormethan) chemisch umgesetzt wird, sondern daß in der Flamme und im Inneren des durchlässigen Körpers (bzw. Materials) durch thermische Zersetzung und chemische Umsetzung entstehende, häufig auch toxische Sekundärprodukte durch Oberflächenreaktionen auch noch chemisch umgesetzt werden. Beispielsweise entstehen bei der Umsetzung von Hexafluormethan in der Flamme und im Volumen des besagten Körpers neben flüchtigem Fluorwasserstoff und Kohlendioxid verschiedene Abbauprodukte des Fluorhexamethans, wie CHF₃ u. a., die mit Siliziumdioxid ebenfalls flüchtige Siliziumverbindungen eingehen, wobei sich außerdem noch unschädliche inerte Gase bilden. A significant, further impact of the use of the additional in the combustion chamber for the Fuel gas flame effective surface reactor is that not only the primary Pollutant (in the example hexafluoromethane) is implemented chemically, but that in the flame and inside the permeable body (or material) by thermal decomposition and chemical conversion resulting, often also toxic secondary products Surface reactions can also be implemented chemically. For example, the Implementation of hexafluoromethane in the flame and in the volume of said body next to volatile hydrogen fluoride and carbon dioxide various degradation products of the Fluorhexamethane, such as CHF₃ u. a., The silicon compounds also volatile silicon compounds enter, which also form harmless inert gases.

Die Oberflächenreaktionen der primären und im besagten Sinne sekundären Schadstoffe finden unter Anwesenheit von Wasserstoff und Sauerstoff im heißen Gasstrom statt. Die chemische Umsetzung dieser Schadstoffe läßt sich weiter günstig beeinflussen, wenn in den Brenner zur Erzeugung der Brenngasflamme Sauerstoff oder Luft im Überschuß eingespeist wird. An den Oberflächen des durchlässigen Körpers (bzw. Materials) finden auf diese Weise die Reaktionen unter Anwesenheit eines Überschusses von Sauerstoff statt. Das verbessert die Schadstoffumsetzung an den Oberflä chen, in dem weitere flüchtige Zwischenprodukte, z. B. SiOF₂, gebildet werden. Die Anwesenheit von Sauerstoff bei der Reaktion primärer oder sekundärer Schadstoffe mit dem eingebrachten Werkstoff hat außerdem den Vorteil, daß die Abscheidung fester Stoffe, z. B. Siliziumkarbid oder Kohle, vermieden wird. Auf diese Weise wird eine "Vergiftung" der Oberflächen für die beabsich tigte Umsetzung in gasförmige Stoffe vermieden. Die zusätzliche Einspeisung von Sauerstoff oder Luft kann auch im Bereich des Eintritts der heißen Gase in den durchlässigen Körper (bzw. Material) erfolgen. Auf diese Weise können die Oberflächenreaktionen hinsichtlich der erforderlichen Menge an Sauerstoff unabhängig von den Volumenreaktionen in der Flamme optimal eingestellt werden.The surface reactions of the primary and in the said sense secondary pollutants can be found under Presence of hydrogen and oxygen in the hot gas stream instead. The chemical implementation these pollutants can be influenced more favorably if in the burner to generate the Fuel gas flame oxygen or air is fed in excess. On the surfaces of the permeable body (or material) find the reactions under presence in this way an excess of oxygen instead. This improves the conversion of pollutants on the surface chen, in which other volatile intermediates, e.g. B. SiOF₂ are formed. The presence of oxygen in the reaction of primary or secondary pollutants with the introduced Material also has the advantage that the separation of solid substances, for. B. silicon carbide or Coal, is avoided. This will "poison" the surfaces for the purpose Avoided conversion into gaseous substances. The additional supply of oxygen or Air can also be in the area where the hot gases enter the permeable body (or Material). In this way, the surface reactions regarding the required amount of oxygen regardless of the volume reactions in the flame can be optimally adjusted.

Eine weitere, entscheidende Auswirkung der erfindungsgemäßen Verfahrensweise besteht darin, daß Schadstoffe, die in der Brenngasflamme nur schwer oder nicht thermisch zersetzt oder chemisch umgesetzt werden, durch die Oberflächenreaktion in der Brennkammer doch noch chemisch umgesetzt werden. So kann ein hoher Grad der Umsetzung auch für solche Schadstoffe wie z. B. SF₆, CHF₃ und CF₄ erreicht werden. Da in der Brennkammer mit der Volumenreaktion, vorwiegend in der Brenngasflamme, und der Oberflächenreaktion im durchlässigen Körper (bzw. Material) zwei verschiedene Mechanismen wirksam gemacht werden, ist das Verfahren für die Reinigung von Abgasen, die verschiedene Schadstoffe enthalten, gut geeignet. Enthält das Abgas z. B. NF₃ und CF₄, so wird NF₃ vorwiegend in der Brenngasflamme umgesetzt, während der überwiegende Anteil von CF₄ an den Oberflächen des heißen, durchlässigen Körpers (bzw. Materials) umgesetzt wird.Another decisive effect of the procedure according to the invention is that pollutants that are difficult or not thermally decomposed in the fuel gas flame or be implemented chemically, due to the surface reaction in the combustion chamber be implemented chemically. So a high degree of implementation can also be used for such pollutants such as B. SF₆, CHF₃ and CF₄ can be achieved. Because in the combustion chamber with the volume reaction, predominantly in the fuel gas flame, and the surface reaction in the permeable body (or Material) two different mechanisms are made effective, is the procedure for that Purification of exhaust gases containing various pollutants is well suited. Contains the exhaust gas e.g. B. NF₃ and CF₄, NF₃ is mainly implemented in the fuel gas flame during the predominant proportion of CF₄ on the surfaces of the hot, permeable body (or Materials) is implemented.

Die Auswahl des Werkstoffes für besagten Körper (bzw. Material) wird also einerseits durch chemische Anforderungen hinsichtlich der zu entsorgenden Schadstoffe bestimmt, andererseits durch Gesichtspunkte der Sicherung der Durchlässigkeit für den heißen Gasstrom und der Ausbildung großer innerer Oberflächen bei geringem Strömungswiderstand für das heiße Gas.The selection of the material for said body (or material) is therefore on the one hand chemical requirements regarding the pollutants to be disposed of, on the other hand through aspects of ensuring permeability for the hot gas flow and Formation of large inner surfaces with low flow resistance for the hot gas.

Außer besagtem Siliziumdioxid ist es erfindungsgemäß, Siliziumdioxid als Gemisch mit Silizium oder/und mit anderen siliziumhaltige Verbindungen als Werkstoff zu verwenden. Schadstoffe, wie z. B. Chlorobenzene reagieren bei Temperaturen über 600°C leicht mit dem Silizium in einem solchen Gemenge. Die durchlässigen Körper können als Sinterkörper oder als gesinterte Keramikkörper ausgeführt sein, die Al₂O₃ oder/und andere sinterfähige Werkstoffe neben Siliziumoxid oder den anderen, besagten Stoffen enthalten.In addition to said silicon dioxide, it is according to the invention to use silicon dioxide as a mixture with silicon or / and to use as a material with other silicon-containing compounds. Pollutants, such as e.g. B. Chlorobenzene react easily at temperatures above 600 ° C with the silicon in one such a batch. The permeable bodies can be sintered or sintered Ceramic body to be executed, the Al₂O₃ or / and other sinterable materials in addition Contain silicon oxide or the other said substances.

Ist für die Abgasreinigung nach der Behandlung in der Flamme nur die zusätzliche Aktivierung zum Zwecke der weiteren thermischen Zersetzung oder/und chemischen Umsetzung in dem erhitzten, durchlässigen Körper (bzw. Material) ausreichend, so kann dieser auch aus nicht an der Reaktion beteiligten Werkstoffen, wie z. B. Al₂O₃ oder einer Keramik, bestehen.For flue gas cleaning after treatment in the flame is only the additional activation for the purpose of further thermal decomposition and / or chemical conversion in the heated, permeable body (or material) sufficient, so this can not be from the Reaction involved materials, such as. B. Al₂O₃ or a ceramic exist.

Um den besagten heißen Körper katalytisch wirksam zu machen, kann es zweckmäßig sein, die Oberflächen des besagten, durchlässigen Körpers partiell mit Metallen oder Metalloxiden zu beschichten (z. B. mit Cu, CuO u. a.) oder in den Sinterkörper einzubauen.In order to make the said hot body catalytically effective, it can be useful Surfaces of said permeable body partially with metals or metal oxides coat (e.g. with Cu, CuO, etc.) or install it in the sintered body.

Eine weitere erfindungsgemäße Verfahrensweise besteht darin, daß der Werkstoff für den durch lässigen Körper (bzw. Material) entsprechend dem Verbrauch durch die chemischen Reaktionen in den heißen Bereich der Flamme des Brenners nachgefüttert wird. Auf diese Weise wird gesichert, daß der Reinigungsprozeß in der Brennkammer kontinuierlich über lange Zeiten durchgeführt werden kann.Another procedure according to the invention is that the material for the casual body (or material) according to consumption by the chemical reactions in the hot area of the flame of the burner is replenished. This ensures that the cleaning process in the combustion chamber is carried out continuously over long times can be.

Ein zusätzliches, erfinderisches Merkmal besteht darin, daß die Infrarot-Strahlung des erhitzten Werkstoffes in der Brennkammer mit Hilfe eines Sensors registriert wird, und daß das Meßsignal dieses Sensors zur Steuerung des Prozesses benutzt wird. So kann z. B. die Temperatur der chemisch reagierenden Oberflächen des Körpers (bzw. Materials) durch Steuerung der Flüsse des Brenngasgemisches geregelt werden. Auf diese Weise lassen sich optimale Reaktionsbedingungen im Volumen und an den Oberflächen des eingebrachten Werkstoffes einstellen. Außerdem läßt sich das Sensorsignal nutzen, um in Form einer Entpunktkontrolle die Einrichtungen zur Nachfütterung zu steuern.An additional, inventive feature is that the infrared radiation of the heated Material is registered in the combustion chamber with the help of a sensor, and that the measurement signal this sensor is used to control the process. So z. B. the temperature of the chemically reacting surfaces of the body (or material) by controlling the flows of the body Fuel gas mixture to be regulated. In this way, optimal reaction conditions can be achieved adjust in volume and on the surfaces of the introduced material. In addition, use the sensor signal to refill the devices in the form of a point control to control.

Der aus dem durchlässigen Körper (bzw. Material) austretende, heiße Gasstrom wird am Ausgang der Brennkammer einer Einrichtung zur weiteren, ein- oder mehrstufigen Behandlung zugeführt und anschließend gereinigt in die Abluft abgegeben.The hot gas stream emerging from the permeable body (or material) becomes at the outlet fed to the combustion chamber of a device for further, single or multi-stage treatment and then released into the exhaust air after cleaning.

Es war bereits daraufhingewiesen worden, daß für diesen Teil des Gesamtverfahrens zur Abgasrei nigung bekannte Teilprozesse angewendet werden können. Das im Ergebnis der Abgasreinigung in die Abluft abgegebene Gas enthält extrem geringe Anteile an Schadstoffen. It had already been pointed out that for this part of the overall exhaust gas process known sub-processes can be applied. The result of the emission control in the exhaust gas released contains extremely low levels of pollutants.

In der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens wird im Inneren der Brennkammer ein durchlässiger Körper bzw. durchlässiges Material in einem Abstand vom Ringbrenner, der die Ausbildung der Brenngasflamme nicht behindert , angeordnet. Im Bereich dieses Körpers (bzw. Materials) sind zwischen diesem und der Brennerwand ein oder mehrere, vorzugsweise zylindrische Strahlungsschutzbleche angeordnet. Zwischen der Brennerwand und der Umhüllung der Brennkammer sind außerdem wärmeisolierende, temperaturbeständige Dämmstoffe angeordnet.In the device according to the invention for executing the method, the inside of the Combustion chamber a permeable body or material at a distance from the Ring burner, which does not hinder the formation of the fuel gas flame, arranged. In the area this body (or material) are one or more between it and the burner wall, preferably arranged cylindrical radiation protection plates. Between the burner wall and the envelope of the combustion chamber are also heat-insulating, temperature-resistant Insulation materials arranged.

Aus den Werkstoffen für den besagten Körper werden im einfachsten Fall ein grobes Granulat, ein gesinterter Körper oder eine Vielzahl gesinterter Körper, zum Beispiel in Form von Ringen, oder gesinterte, im Fall der Benutzung von Siliziumdioxid auch geschmolzene, Rohre geformt oder benutzt. Durch diese Formen wird in dem Körper (bzw. Material) einerseits eine große Oberfläche für den Kontakt bzw. für die Reaktion mit dem heißen Gas gewährleistet. Andererseits wird auf diese Weise eine hohe Durchlässigkeit für das strömende heiße Gas erreicht. Bei der Verwendung von Rohren wirken deren inneren und äußeren Mantelflächen als Reaktionsflächen.In the simplest case, the materials for the body in question become coarse granules sintered body or a plurality of sintered bodies, for example in the form of rings, or sintered, in the case of the use of silicon dioxide also melted, shaped or used. These shapes create a large surface in the body (or material) guaranteed for contact or for reaction with the hot gas. On the other hand, on in this way a high permeability for the flowing hot gas is achieved. When using The inner and outer jacket surfaces of pipes act as reaction surfaces.

Der gesinterte Körper kann mit entsprechenden Halterungen direkt in die Brennkammer eingesetzt werden. Das Granulat, bzw. Füllkörper werden in in einem netzartigen, korbförmigen Vorratsge fäß eingesetzt. Werden gesinterte oder erschmolzene Rohre als durchlässige Körper benutzt, so werden sie durch Halterungen zu einem Bündel zusammengefaßt in der Brennkammer derart angeordnet, daß deren Längsrichtung mit der Strömungsrichtung der heißen Gase durch die Brennkammer übereinstimmt.The sintered body can be inserted directly into the combustion chamber with appropriate holders will. The granules or packing are in a net-like, basket-shaped storage container barrel inserted. If sintered or melted tubes are used as permeable bodies, then they are combined into a bundle in the combustion chamber by means of brackets arranged that the longitudinal direction with the flow direction of the hot gases through the Combustion chamber matches.

Der durchlässige Körper (bzw. das durchlässige Material) werden ausgetauscht, wenn es durch Reaktionen mit einer entsprechenden Durchflußmenge von Schadstoffen verbraucht ist. Entspre chend dem Verbrauch an Werkstoff durch die Reaktionen mit den Schadgasen kann es aber auch im Interesse langer, ununterbrochener Betriebszeiten der Reinigungsanlage zweckmäßig sein, wenn die Werkstoffe, z. B. Granulat oder Füllkörper z. B. mit einer Schwingfördereinrichtung, nachgefüttert werden.The permeable body (or the permeable material) are exchanged when it is through Reactions with a corresponding flow rate of pollutants is consumed. Correspond However, depending on the consumption of material through the reactions with the harmful gases, it can also be useful in the interest of long, uninterrupted operating times of the cleaning system, if the materials, e.g. B. granules or packing z. B. with a vibratory conveyor, be replenished.

Wird ein Bündel Rohre als durchlässiger, reaktiver Körper benutzt, so kann der Abbrand derselben infolge der Reaktionen durch Längsbewegung der Halterungen entgegen der Strömungsrichtung der heißen Gase kompensiert werden. Als Vorrat für eine zu erzielende, ununterbrochene Betriebszeit dient in diesem Fall eine aus reichende Länge des Rohrbündels. Durch den Vorschub der Halterung läßt sich, trotz des Abbrandes, ein konstanter Abstand der Rohre zur Flamme, und damit eine konstante Temperatur auf den Reaktionsflächen, erreichen.If a bundle of pipes is used as a permeable, reactive body, they can burn up due to reactions by longitudinal movement of the brackets against the direction of flow of the hot gases can be compensated. As a supply for an uninterrupted one to be achieved Operating time in this case is a sufficient length of the tube bundle. Through the feed the holder can, despite the erosion, a constant distance from the tubes to the flame, and to achieve a constant temperature on the reaction surfaces.

Mit Hilfe des beschriebenen Sensors zur Temperaturregelung läßt sich außerdem, auf dem Wege einer Endpunktkontrolle, eine gesteuerte Nachfütterung der reaktiven Werkstoffe durch Eingriff in die Schwingfördereinrichtung oder in den Vorschub der Halterung der Rohre erzielen.With the help of the sensor described for temperature control can also be on the way an end point control, a controlled replenishment of the reactive materials by intervention in achieve the vibratory conveyor or in the feed of the holder of the pipes.

Eine weitere zweckmäßige Vorrichtung sind Öffnungen oder Einlaßrohre an der Brennkammer im Bereich des Eintritts der heißen Gase in den durchlässigen Körper. Durch sie läßt sich die besagte zusätzliche Einspeisung von Sauerstoff oder Luft bewirken. Dadurch wird einerseits die Optimie rung der Bedingungen in der Flamme mit Rücksicht auf die Umsetzung eines der Schadstoffe, z. B. durch Einstellung eines Wasserstoffüberschusses im Brenngasgemisch, gewährleistet, andererseits die Optimierung der Bedingungen im Körper (bzw. Material) für die Umsetzung eines anderen Schadstoffes durch einen Sauerstoffüberschuß an den heißen Reaktionsflächen.Another useful device are openings or inlet pipes on the combustion chamber in the Area of entry of the hot gases into the permeable body. Through them the said cause additional supply of oxygen or air. On the one hand, this makes the optimism tion of the conditions in the flame with regard to the implementation of one of the pollutants, e.g. B. guaranteed by setting a hydrogen excess in the fuel gas mixture, on the other hand the optimization of the conditions in the body (or material) for the implementation of another Pollutant due to an excess of oxygen on the hot reaction surfaces.

Eine andere zweckmäßige Vorrichtung für die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist ein Baffie in unmittelbarer Nähe des durchlässigen Körpers (bzw. Materials). Auf den Flächen die ses Baffle werden beim Auftreffen der heißen Gase die festen, sekundären Produkte abgeschieden, die durch Volumenreaktion in der Flamme anfallen. Sie werden damit daran gehindert sich an den Oberflächen des besagten, heißen Körpers abzuscheiden und dessen Oberflächen für die Reaktion mit anderen Schadstoffbestandteilen zu vergiften.Another useful device for the device for carrying out the method is a baffie in the immediate vicinity of the permeable body (or material). On the surfaces the This baffle separates the solid, secondary products when the hot gases hit it, that occur due to volume reaction in the flame. You will be prevented from doing so To deposit surfaces of said hot body and its surfaces for reaction poison with other pollutant components.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Verfahrensbeispiels und anhand der, in Fig. 1 dargestellten, bevorzugten Ausführungsform der Einrichtung näher erläutert. Die Fig. 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt.The invention is explained in more detail below on the basis of a method example and on the basis of the preferred embodiment of the device shown in FIG. 1. Fig. 1 shows a schematic longitudinal section.

Die erfindungsgemäße Einrichtung besteht im wesentlichen aus einer zylindrischen Brennkam mer (1) aus korrosionsbeständigem Material. Sie hat 18 cm Durchmesser und ist 80 cm hoch. Diese Brennkammer ist in einer äußeren Umhüllung (2) thermisch isoliert aufgestellt. Im Bereich einer Stirnfläche (3) der Brennkammer (1) ist ein Ringbrenner (4) angeordnet, dem das Brenngasgemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff über eine Zufuhr (5) zugeführt wird. Der Ring brenner (4) hat einen Durchmesser von 25 mm. Über dem Ringkanal (6) bildet sich die Brenn gasflamme (7) aus. Das Abgas mit Schadstoffen unterschiedlicher Zusammensetzung wird dem Brenner (4) über die zentrale Zufuhr (8) zugeführt. Es tritt durch die Bohrung (9) zentral in die Brenngasflamme (7) ein.The device according to the invention consists essentially of a cylindrical Brennkam mer ( 1 ) made of corrosion-resistant material. It is 18 cm in diameter and 80 cm high. This combustion chamber is thermally insulated in an outer casing ( 2 ). In the area of an end face ( 3 ) of the combustion chamber ( 1 ) there is an annular burner ( 4 ) to which the fuel gas mixture of hydrogen and oxygen is fed via a feed ( 5 ). The ring burner ( 4 ) has a diameter of 25 mm. The combustion gas flame ( 7 ) forms over the annular channel ( 6 ). The exhaust gas with pollutants of different compositions is fed to the burner ( 4 ) via the central feed ( 8 ). It enters the fuel gas flame ( 7 ) centrally through the bore ( 9 ).

In einem Abstand von 40 cm zum Brenner ist ein korbartiges Behältnis (10) aus korrosionsbeständigem Drahtgeflecht mit einer Maschenweite von 2 mm und einer Durchlässigkeit von ca. 55% angeordnet. Zwischen der Zylinderfläche dieses Behältnisses und der Zylinderwand der Brennkammer sind zwei zylindrische Strahlungsschutzbleche (11) mit einem radialen Abstand von 3mm untereinander und zur Innenfläche der Brennkammer angebracht. An der Stirnfläche des Behältnisses sind plattenförmige Strahlenschutzbleche (11) angeordnet. Im Bereich des korbartigen Behältnisses ist zwischen Brennkammerwand und Umhüllung (2) eine etwa 4 cm dicke Wärmeisolation (12) aus Steinwolle eingesetzt. Das korbartige Behältnis ist mit Füllkörpern (13) aus Quarzringen (Durchmesser 4 mm, Wandstärke 1mm, Länge 4mm) angefüllt.A basket-like container ( 10 ) made of corrosion-resistant wire mesh with a mesh width of 2 mm and a permeability of approx. 55% is arranged at a distance of 40 cm from the burner. Between the cylinder surface of this container and the cylinder wall of the combustion chamber there are two cylindrical radiation protection plates ( 11 ) at a radial distance of 3 mm from one another and from the inner surface of the combustion chamber. Plate-shaped radiation protection plates ( 11 ) are arranged on the end face of the container. In the area of the basket-like container, about 4 cm thick thermal insulation ( 12 ) made of rock wool is inserted between the combustion chamber wall and the casing ( 2 ). The basket-like container is filled with packing elements ( 13 ) made of quartz rings (diameter 4 mm, wall thickness 1 mm, length 4 mm).

Durch eine Bohrung (14) in der Brennkammerwand und in der Umhüllung ist ein IR-Sensor (15) mit seiner Empfängerfläche auf die heißen Füllkörper gerichtet. Versetzt dazu sind am Umfang der Brennkammer drei Bohrungen für untereinander verbundene Einlaßrohre (16), durch die Luft oder Sauerstoff in den Bereich des Eintritts der heißen Gase in die Quarzfüllkörper eingelassen wird.Through a bore ( 14 ) in the combustion chamber wall and in the casing, an IR sensor ( 15 ) is directed with its receiver surface onto the hot filler. Staggered are three holes on the circumference of the combustion chamber for interconnected inlet pipes ( 16 ) through which air or oxygen is let into the area where the hot gases enter the quartz filler.

Im Bereich zwischen dem Ausbreitungsraum für die Flamme ist in unmittelbarer Nähe des korbartigen Behältnisses ein flaches Baffle (17) aus korrosionsbeständigem Stahlblech mit einer Länge von 4 cm (in Richtung der strömenden Gase) angeordnet.A flat baffle ( 17 ) made of corrosion-resistant steel sheet with a length of 4 cm (in the direction of the flowing gases) is arranged in the area between the flame propagation space in the immediate vicinity of the basket-like container.

Aus der Brenngasflamme (7) strömen die heißen Gase zunächst in Pfeilrichtung (18) durch das Baffie, danach durch die Füllkörper (13) und anschließend in Pfeilrichtung (19) durch die Öffnung (20) und dann durch die Sprühwascheinrichtung (21).From the fuel gas flame ( 7 ), the hot gases first flow through the baffle in the direction of the arrow ( 18 ), then through the packing ( 13 ) and then through the opening ( 20 ) in the direction of the arrow ( 19 ) and then through the spray washing device ( 21 ).

Die Sprühwascheinrichtung hat den gleichen Durchmesser wie die Brennkammer. Sie ist 30 cm lang. Sie ist gemeinsam mit der Brennkammer in die Umhüllung integriert. Zwischen Haltesieben (22) sind im mittleren Bereich der Sprühwascheinrichtung Waschringe (23) angeordnet. Über die Zufuhr (24) wird eine ein-prozentige, wässerige Kaliumhydroxid-Lösung eingelassen und mittels der Sprüheinrichtung (25) in die Wascheinrichtung versprüht (Pfeilrichtung 26). Der heiße Gasstrom und die wässerige Lösung durchströmen die Waschringe in Pfeilrichtung (27). Der gereinigte und abgekühlte Gasstrom sammelt sich im Raum (28) und wird über einen rohrförmigen Anschluß (29) abgesaugt und der Abluft zugeführt. Im unteren Teil des Raumes (28) sammelt sich die wässerige Lösung und wird über den Anschluß (30) der Wiederaufbereitung zugeführt.The spray washer has the same diameter as the combustion chamber. It is 30 cm long. It is integrated into the casing together with the combustion chamber. Wash rings ( 23 ) are arranged between holding sieves ( 22 ) in the central region of the spray washing device. A one-percent aqueous potassium hydroxide solution is let in via the feed ( 24 ) and sprayed into the washing device by means of the spray device ( 25 ) (arrow direction 26 ). The hot gas stream and the aqueous solution flow through the washing rings in the direction of the arrow ( 27 ). The cleaned and cooled gas stream collects in the room ( 28 ) and is sucked off via a tubular connection ( 29 ) and fed to the exhaust air. The aqueous solution collects in the lower part of the room ( 28 ) and is fed to the reprocessing via the connection ( 30 ).

Example of the execution of the procedure

In einer Plasma-CVD-Beschichtungsanlage fällt bei der Abscheidung von Siliziumdioxid auf Halbleiterscheiben 60 l/min Abgas an. Das Abgas besteht aus 30 l/min Stickstoff und 3 l/min Silan als vorwiegendem Schadstoff. In einer anderen Anlage mit einem parallel ablaufenden technologischen Prozeß wird die Beschichtungskammer einer Plasma-CVD-Beschichtungsanlage durch einen Plasmaätzprozeß gesäubert. Dieser Prozeß wird mit einem Gemisch von Tetrafluormethan und Sauerstoff als Prozeßgas durchgeführt. Das dabei entstehende Abgas besteht außer aus 30 l/min N₂, 1 l/min N₂O und 2 l/min Tetrafluormethan aus einigen Zehntel l/min Siliumtetrafluorid als hauptsächlichste Schadstoffe, neben geringen Mengen von Fluor und anderen Stoffen der Zersetzung von Tetafluormethan, z. B. CHF₃, in Anwesenheit von SiO₂ im Plasma.In a plasma CVD coating system, one notices the deposition of silicon dioxide Semiconductor wafers at 60 l / min exhaust gas. The exhaust gas consists of 30 l / min nitrogen and 3 l / min silane as a predominant pollutant. In another system with one running in parallel technological process becomes the coating chamber of a plasma CVD coating system cleaned by a plasma etching process. This process is carried out with a mixture of Tetrafluoromethane and oxygen carried out as a process gas. The resulting exhaust gas consists of a few tenths of 30 l / min N₂, 1 l / min N₂O and 2 l / min tetrafluoromethane l / min silicon tetrafluoride as the main pollutants, in addition to small amounts of fluorine and other substances of decomposition of tetafluoromethane, e.g. B. CHF₃, in the presence of SiO₂ in Plasma.

Beide Abgase gelangen gemischt über die Abgasleitung in die Abgasreinigungseinrichtung.Both exhaust gases arrive mixed in the exhaust gas purification device via the exhaust pipe.

Am Brenner (4) der Brennkammer (1) wird durch Einlassen von 20 l/min Wasserstoff und 10 l/min Sauerstoff in die Zufuhr (5) die Brenngasflamme (7) aufrechterhalten. Das Abgas, also insgesamt ca. 85 l/min, wird über die Zufuhr (8) in den Ringbrenner (4) und damit in die Brenngasflamme eingeführt.The fuel gas flame ( 7 ) is maintained on the burner ( 4 ) of the combustion chamber ( 1 ) by letting 20 l / min of hydrogen and 10 l / min of oxygen into the feed ( 5 ). The exhaust gas, i.e. a total of approx. 85 l / min, is introduced into the ring burner ( 4 ) via the feed ( 8 ) and thus into the combustion gas flame.

In dem ausgewählten Beispiel erfolgt die Schadstoffumsetzung weitgehend nach zwei unterschiedlichen Reaktionsprinzipien, die durch die angeführten, hauptsächlichen Schadstoffe, nämlich Silan und Tetrafluormethan, bestimmt sind. In der Wasserstoff/Sauerstoffflamme wird im Volumen hauptsächlich das Silan zu Siliziumdioxid und Wasserdampf umgesetzt. Siliziumdioxid setzt sich an den Wänden der Brennkammer und an den flammenseitigen Oberflächen des Baffles (18) ab. Von diesen Flächen läßt es sich leicht mit an sich bekannten Vorrichtungen, gegebenenfalls auch unter Betriebsbedingungen, beseitigen.In the selected example, the pollutant conversion largely takes place according to two different reaction principles, which are determined by the main pollutants mentioned, namely silane and tetrafluoromethane. In the hydrogen / oxygen flame, the volume of the silane is mainly converted to silicon dioxide and water vapor. Silicon dioxide settles on the walls of the combustion chamber and on the flame-side surfaces of the baffle ( 18 ). From these surfaces, it can be easily removed using devices known per se, possibly also under operating conditions.

Im bestimmten Umfang wird im Volumen auch Tetrafluormethan chemisch umgesetzt, hauptsäch lich zu Fluorwasserstoff und Kohlendioxid. Daneben entstehen in der Flamme eine Reihe von Zwischenprodukten, wie z. B. CHF₃.To a certain extent, the volume of tetrafluoromethane is also converted chemically, mainly to hydrogen fluoride and carbon dioxide. In addition, a number of Intermediates such. B. CHF₃.

In den heißen Körper (13) aus Quarzringen gelangen also hauptsächlich Tetrafluormethan, Kohlendioxid, Wasserdampf, flüchtige sekundäre Schadstoffe, wie z. B. SiF₄, F₂, CHF₃ und HF. Der Körper ist durch die durch ihn strömenden heißen Gase auf etwa 1300°C erhitzt. Die Schadstoffe kommen mit den Oberflächen der heißen Quarzfüllkörper in innigen Kontakt. Die vorherrschende Oberflächenreaktion ist die von Tetrafluormethan zu ebenfalls flüchtigem Siliziumtetrafluorid. Weiter im heißen Gasstrom enthaltene Schadstoffe, wie z. B. Fluorwasserstoff und Fluor werden teilweise an den heißen Oberflächen zu flüchtigem Siliziumtetrafluorid umgesetzt. Spuren von Silanen, die im Volumen der Flamme noch nicht umgesetzt worden sind, werden im Volumen des durchlässigen, heißen Körpers zersetzt bzw. mit dem gleichzeitig noch anwesendem′ Sauerstoff chemisch zu Siliziumdioxid umgesetzt. In the hot body ( 13 ) made of quartz rings mainly tetrafluoromethane, carbon dioxide, water vapor, volatile secondary pollutants such. B. SiF₄, F₂, CHF₃ and HF. The body is heated to around 1300 ° C by the hot gases flowing through it. The pollutants come into intimate contact with the surfaces of the hot quartz fillers. The predominant surface reaction is that of tetrafluoromethane to volatile silicon tetrafluoride. Pollutants further contained in the hot gas stream, such as. B. hydrogen fluoride and fluorine are partially converted to volatile silicon tetrafluoride on the hot surfaces. Traces of silanes that have not yet been converted in the volume of the flame are decomposed in the volume of the permeable, hot body or chemically converted to silicon dioxide with the oxygen which is still present at the same time.

Die heißen Gase mit den sekundären und tertiären Reaktionsprodukten treten durch den Spalt (20) in die Sprühwascheinrichtung (21) ein, in der das wässerige Absorptionsmittel wirksam ist. Die heißen Gase werden auf etwa 50°C abgekühlt. Der Fluorwasserstoff und das Siliziumfluorid werden durch die basisch wirksamen Bestandteile der Lösung, z. B. durch KOH oder K₂CO₃, absorbiert.The hot gases with the secondary and tertiary reaction products enter through the gap ( 20 ) into the spray washing device ( 21 ), in which the aqueous absorbent is effective. The hot gases are cooled to around 50 ° C. The hydrogen fluoride and the silicon fluoride are formed by the basic active components of the solution, e.g. B. absorbed by KOH or K₂CO₃.

Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß ein hoher Anteil des Tetratrafluormethans bereits im Volumen der Flamme chemisch umgesetzt wird und daß der Anteil an primär im Schadgas enthaltenen Siliziumfluorids relativ gering ist, werden pro Stunde ca. 60 g Massen der Quarzringe um gesetzt, d. h. verbraucht. Eine entsprechende Menge wird nachgefüttert.Taking into account the fact that a high proportion of tetratrafluoromethane already in Volume of the flame is converted chemically and that the proportion of primarily in the harmful gas contained silicon fluoride is relatively low, about 60 g masses of quartz rings per hour implemented, d. H. consumed. A corresponding amount is replenished.

In der vorangegangenen Beschreibung ist das Verhalten jeweils nur für prozeßtypische, hauptsäch lich anfallende Stoffe beschrieben.In the preceding description, the behavior is only for process-typical, mainly materials are described.

Das Verfahren hat für sich chemisch sehr unterschiedlich verhaltende Schadstoffe eine hohe Reinigungswirkung. Insbesondere wird der Schadstoffgehalt an fluorhaltigen, sehr toxisch wirkenden Verbindungen in der Abluft der Abgasreinigungseinrichtung auf wenige ppm verringert.The process has a high level of pollutants with very different chemical behaviors Cleaning effect. In particular, the pollutant content of fluorine-containing is very toxic acting compounds in the exhaust air of the exhaust gas purification device reduced to a few ppm.

Claims

1. A method for removing pollutants, in particular fluorine compounds, from non-combustible exhaust gases in a combustion chamber with a fuel gas flame, which is used for heating and / or the chemical conversion of the pollutants, and with a device for treating the hot gas stream from the fuel gas flame, thereby characterized in that within the combustion chamber, thermally insulated from the envelope of the combustion chamber, a body permeable to the hot gas stream or permeable material with a large inner surface is arranged in the hot gas stream and in this way to temperatures above 500 ° C, preferably in the range of 700 ° C to 1400 ° C, is heated, that said gas is passed through this body or material and brought into intimate contact with the surfaces thereof, that said body or material consists of a material or material mixture which at the specified temperature with one of the primary pollutants and / or sekun där combustion forms volatile compounds and / or an additional activation and / or catalytically effective, and that the hot gas stream emerging from the permeable body or material at the outlet of the combustion chamber is fed to a single or multi-stage device for further treatment and then released into the exhaust air after cleaning.

2. The method according to claim 1, characterized in that as a material for the permeable Body (or permeable material) silicon dioxide is used.

3. The method according to claim 1, characterized in that as a material for the permeable Body (or permeable material) a mixture of silicon dioxide, with silicon dioxide Silicon or of silicon dioxide with silicon-containing alloys and with aluminum oxide is used.

4. The method according to claim 1, characterized in that as a material for the permeable Body (or permeable material) a mixture of silicon dioxide, with silicon dioxide Silicon or of silicon dioxide with silicon-containing alloys and with sinterable ceramic materials is used.

5. The method according to claim 1 to 4, characterized in that in the burner for generation the fuel gas flame oxygen or air is fed in excess.

6. The method according to claim 1 to 4, characterized in that in the flame in the region of The hot gases also enter the permeable body (or permeable material) preheated oxygen or preheated air is fed.

7. The method according to claim 1 to 6, characterized in that the material for the permeable body (or permeable material) in the hot area of the flame is replenished.

8. The method according to claim 1 to 7, characterized in that the infrared radiation of the heated material registered in the combustion chamber with the help of a sensor, and that the Measurement signal from this sensor is used to control the process.

9. Device for performing the method according to claim 1 to 8 with a combustion chamber and with a burner for generating a fuel gas flame, characterized in that a coarse granules, a sintered body or a large number of sintered bodies, for example in Form of rings or, if silicon dioxide is used, also molten pipes be used.

10. Device for performing the method according to claim 1 to 8 with a combustion chamber and with a burner for generating a fuel gas flame, characterized in that for Refill of granules or packing in the basket-like storage container Vibratory conveyor is provided.

11. Device for performing the method according to claim 1 to 8 with a combustion chamber and with a burner for generating a fuel gas flame, characterized in that the Holder of the bundle of sintered or melted tubes can be moved in the longitudinal direction can.

12. Device for performing the method according to claim 1 to 8 with a combustion chamber and with a burner for generating a fuel gas flame, characterized in that in the Wall of the combustion chamber in the area between the flame and the permeable body (or material) an opening or a window for an IR sensor is provided.

13. Device for performing the method according to claim 1 to 8 with a combustion chamber and with a burner for generating a fuel gas flame, characterized in that in the Wall of the combustion chamber in the area where the hot gas flow enters the permeable Body (or material) openings or inlet pipes are arranged.

14. Device for performing the method according to claim 1 to 8 with a combustion chamber and with a burner for generating a fuel gas flame, characterized in that within the combustion chamber in the area between the burner and the permeable body (or material), in the immediate vicinity of the same a device is provided which for the hot gas flow acts as a baffle.