TW201603873A - 尾氣處理系統及尾氣處理方法 - Google Patents

Abstract

一種尾氣處理系統及尾氣處理方法，包括一水洗裝置、一熱交換裝置以及一濕式泵。水洗裝置接收一內含有一氨氣之尾氣，並且將尾氣中的氨氣吸收轉化為氨水。熱交換裝置連接於水洗裝置並接收氨水，並且將氨水氣液分離為一氣態氨與一低濃度氨水。濕式泵連接於熱交換裝置，以負壓抽送該氣態氨，並轉化為高濃度氨水。

Description

尾氣處理系統及尾氣處理方法

本發明係關於一種氣體處理系統及氣體處理方法，特別是一種尾氣處理系統及尾氣與氨水之處理方法。

氨在半導體產業或光電業，例如發光二極體(Light Emitting Diode,LED)產業，經常被大量的用於蝕刻、磊晶或清潔等程序，其中只有部分的氨會參與反應，而其餘未經反應的氨會直接從半導體裝置中排出，並且在半導體製程的後端隨著尾氣被排放至排氣系統中進行廢氣處理，藉以將氨氣或其他微塵從尾氣中去除，以符合環保法規。

此外，目前用於含有氨氣的尾氣處理程序上，大致上有酸吸收法跟燃燒法兩種。酸吸收法是以如硫酸或磷酸做為吸附介質，將氨及吸附介質轉為硫酸銨液或磷酸銨液後再進行排放，惟，此種酸吸收法並無法真正的解決問題。另外，燃燒法則是將尾氣經一燃燒機，以高溫裂解再通入氧氣進行燃燒排放，然而，此種燃燒法會有氮氧化物(NO_X)的排放疑慮、高維修及操作成本難以降低的缺點。因此，這些方法都只是治標不治本，並且使氨無法回收再利用。

因此，目前半導體製程中對於含有氨氣的尾氣處理程序上普遍存在的問題在於，除了處理程序過於複雜、冗長外，還必須耗費相當多的費用在高純氨及相關處理設備的添購與使用，而從尾氣中移除的氨又無法再回收使用，無疑造成半導體製程的相關成本大幅增加。

鑒於以上的問題，本發明在於提供一種尾氣處理系統，藉以解決習知用於含氨尾氣的處理動線或程序過於複雜、冗長以及氨氣從尾氣中移除後無法被回收再利用的問題。

本發明之尾氣處理系統適於處理一半導體設備所排放的尾 氣，此尾氣中含有氨氣與其他雜氣(如N₂、H₂、CH₄...等)。

本發明揭露一種尾氣處理系統，適於處理一半導體設備所排放之尾氣，此尾氣中含有氨氣。尾氣處理系統包括一水洗裝置、一熱交換裝置以及一濕式泵。水洗裝置接收尾氣，並且提供一洗滌液接觸尾氣，用以吸收分離氨氣，使氨氣轉化為氨水。熱交換裝置連接於水洗裝置，熱交換裝置接收氨水，並且氣液分離氨水為氣態氨與低濃度氨水。濕式泵連接於熱交換裝置，以負壓抽送氣態氨並轉化為高濃度氨水。

本發明一實施例中，熱交換裝置更包含一熱源，濕式泵以低於1大氣壓的真空度抽送氣態氨，熱交換裝置透過熱源加熱氨水。

本發明一實施例中，更包含連接於濕式泵之一儲存槽，儲存槽接收並儲存高濃度氨水。

本發明一實施例中，更包含一循環槽，連接於濕式泵，循環槽供應吸收液給濕式泵，用以水洗氣態氨，使氣態氨與吸收液充分接觸而被吸收轉化為高濃度氨水，其中吸收液於循環槽與濕式泵之間循環流動；以及儲存槽，連接於循環槽，並接收且儲存高濃度氨水。

本發明一實施例中，水洗裝置為濕壁塔、水霧吸收器或洗滌塔。

本發明一實施例中，濕式泵為水封泵或文氏管。

本發明一實施例中，更包括一純化設備，連接於儲存槽，用以純化高濃度氨水為高純液氨成品。

本發明一實施例中，純化設備包括熱交換裝置、干式負壓裝置、陰陽離子吸附器、除水器、濕壁塔、冰水機、降溫加壓裝置、雜氣去除裝置或成品槽。

又，為了達到以上目的，本發明又提供一種尾氣處理方法，適於處理一半導體設備所排放之尾氣，尾氣中含有氨氣，尾氣處理方法包括：輸送尾氣至一水洗裝置內；提供一洗滌液至水洗裝置內接觸尾氣，以吸收分離尾氣中之氨氣，並且將氨氣轉化為氨水；輸送氨水至一熱交換裝置內；以一濕式泵抽至一負壓，氨水於熱交換裝置內汽化，並且氣液分離為氣態氨與低濃度氨水；以及以濕式泵抽送氣態氨並轉化為高濃度氨水。

本發明一實施例中，當負壓為大於30托耳，熱交換裝置更 提供一熱源加熱氨水至一汽化溫度。

本發明一實施例中，當氨水之溫度為30~80℃，負壓為大於30托耳。

本發明一實施例中，更包含儲存高濃度氨水於儲存槽內。

本發明一實施例中，更包含以循環槽供應吸收液給濕式泵，用以水洗氣態氨，使氣態氨與吸收液充分接觸而被吸收轉化為高濃度氨水，吸收液於循環槽與濕式泵之間循環流動，高濃度氨水並且儲存於儲存槽內。

本發明一實施例中，更包括將低濃度氨水自熱交換裝置回流至水洗裝置。

本發明一實施例中，更包括以下步驟：輸送高濃度氨水至一純化設備；以及以純化設備純化高濃度氨水為高純液氨成品。

本發明之功效在於，尾氣處理系統可藉由水洗裝置移除尾氣中的氨氣，使尾氣中的氨含量降低，以符合排放標準。同時，尾氣處理系統還可藉由熱交換裝置與濕式泵的協同作用，將形成於水洗裝置內的氨水轉化成氣態氨與低濃度氨水，再藉由濕式泵將氣態氨轉化為高濃度氨水成品，使原先在尾氣中不具其他功用並且被視為廢氣的氨氣可以被回收再利用。同時，本發明的尾氣處理系統相較於習知技術大幅縮短了尾氣的處理流程，除了降低處理設備的成本外，還進一步降低了處理成本。

有關本發明的特徵、實作與功效，茲配合圖式作最佳實施例詳細說明如下。

10‧‧‧尾氣處理系統

110‧‧‧水洗裝置

111‧‧‧尾氣

112‧‧‧洗滌液

113‧‧‧氨水

120‧‧‧熱交換裝置

121‧‧‧輸送管路

122‧‧‧氣態氨

123‧‧‧低濃度氨水

124‧‧‧熱源

130‧‧‧濕式泵

150‧‧‧儲存槽

151‧‧‧高濃度氨水

160‧‧‧循環槽

161‧‧‧進水管路

162‧‧‧回流管路

163‧‧‧吸收液

180‧‧‧純化設備

181‧‧‧高純液氨成品

第1圖為本發明尾氣處理系統一實施例的組合示意圖。

第2圖為本發明如第1圖所示實施例之尾氣處理方法流程圖。

第3圖為本發明尾氣處理系統又一實施例之組合示意圖。

第4圖為本發明如第3圖所示實施例之尾氣處理方法流程圖。

第5圖為本發明尾氣處理系統又一實施例之組合示意圖。

第6圖為本發明如第5圖所示實施例之尾氣處理方法流程圖。

本發明之尾氣處理系統是應用在半導體製程中，連接於半導體設備的排氣端，並且從排氣端接收及處理半導體製程後端所產生的尾氣，此尾氣中含有半導體製程中使用或產生的氨氣(NH₃)以及其他雜氣(如N₂、H₂、CH₄...等)。

請參照第1圖，本發明一實施例所揭露的尾氣處理系統10包含一水洗裝置110、一熱交換裝置120以及一濕式泵130，熱交換裝置120連接於水洗裝置110，而濕式泵130連接於熱交換裝置120，其中水洗裝置110可以是但並不侷限於濕壁塔、水霧吸收器、洗滌塔等以水洗方式吸收氣體的處理裝置，而濕式泵130可以是但並不侷限於水封泵或文氏管。在本實施例中是以水洗裝置110為洗滌塔，濕式泵130為文氏管作為舉例說明。

請參照第1圖和第2圖，在應用上，尾氣處理系統10是在濕式泵130產生負壓的環境(亦即真空度低於1大氣壓)下進行尾氣111的處理程序。首先，尾氣處理系統10透過水洗裝置110連接於半導體設備的排氣端(圖中未示)，因此在半導體製程中產生的尾氣111會先經由管路輸送至水洗裝置110內(步驟S101)。接著，提供一洗滌液112(例如純水)至水洗裝置110內，並且以噴灑或水膜形式讓洗滌液112與尾氣111充分接觸，使尾氣中的氨氣受到洗滌液112吸附而從尾氣111中分離，並且形成氨水113(NH₄OH)(步驟S102)，其中洗滌液112可以是但並不侷限於在水洗裝置110內循環流動。接著，將氨水113輸送至熱交換裝置120內(步驟S103)，並且以濕式泵130產生負壓的環境，使氨水在熱交換裝置120內汽化，並且氣液分離為氣態氨122與低濃度氨水123(步驟S104)，其中低濃度氨水123可再經由輸送管路121回流至水洗裝置110內，以作為吸收液使用，並且與氨水113混合後再送回熱交換裝置120進行氣液分離程序。

值得說明的是，濕式泵130所提供的負壓的真空度與水洗裝置110內所形成的氨水113的溫度有關，例如，當氨水113的溫度為30~80℃時，濕式泵130提供真空度為大於30torr(托耳，1大氣壓等於760托耳)的環境，即可讓氨水113在熱交換裝置120中汽化。在本發明中，濕式泵130所提供的真空度可視氨水113的溫度進行調整，讓氨水113在適當的真 空環境下產生汽化，並且兩者間的數值關係並不以本實施例所舉例說明的為限。

承前所述，當氨水113氣液分離為氣態氨122與低濃度氨水123後，接著，以濕式泵130自熱交換裝置120抽送氣態氨122，並且透過濕式泵130水洗氣態氨122，使氣態氨122轉化為高濃度氨水151(步驟S105)。然後可選擇性地將高濃度氨水151儲存於儲存槽150內(步驟S106)。

基於上述，本發明的尾氣處理系統透過濕式泵130提供負壓的環境，以及水洗裝置110與濕式泵130對尾氣111及氣態氨122進行水洗程序，可以有效率的將氨氣從尾氣111中移除，除了可以簡化尾氣111的處理流程，還可以將移除後的氨氣進一步的轉化為高濃度氨水151回收再利用。

請參照第3圖和第4圖，第3、4圖所揭露的實施例與第1、2圖之實施例的差異在於，第3、4圖所揭露的尾氣處理系統10還包含了一循環槽160，連接於濕式泵130與儲存槽150之間，循環槽160以進水管路161與回流管路162，分別連接於濕式泵130。循環槽160經由回流管路162以供應一吸收液163(純水或隨後形成的氨水)給濕式泵130，用以水洗氣態氨122，使氣態氨122與吸收液163充分接觸而被吸收轉化為氨水及/或高濃度氨水151，其中吸收液163利用進水管路161與回流管路162，於循環槽160與濕式泵130之間循環流動(步驟S401)，並且當吸收液163達到需求濃度之高濃度氨水151成品時，這些高濃度氨水151成品再經由管路收集於儲存槽150內(步驟S106)。

值得說明的是，氨水113在熱交換裝置120內汽化，並氣液分離為氣態氨122與低濃度氨水123，此低濃度氨水123再導入水洗裝置110中作為洗滌液112以吸收尾氣111中的氨，形成的密閉環境中流動，因此可避免廢水的排放。

請參照第5圖和第6圖，第5、6圖所揭露的實施例與第3、4圖之實施例大致相同，兩者間的差異在於，第5、6圖所揭露的尾氣處理系統10還包含一純化設備180，連接於儲存槽150。收集於儲存槽150的高濃度氨水151可以直接作為液氨成品使用，或者是再輸送至純化設備180進行純化處理，藉以供半導體廠之系統設備使用，其中純化設備180包含 熱交換裝置、干式負壓裝置、陰陽離子吸附器、除水器、濕壁塔、冰水機、降溫加壓裝置、雜氣去除裝置或成品槽等。因此，當高濃度氨水151從儲存槽150輸送至純化設備180後，可以在純化設備180內經由氣化、除水、去除陰陽離子、降溫加壓液化以及去除雜氣(例如H₂、N₂)等純化程序後，使高濃度氨水151被純化為6N以上的高純液氨成品181(步驟S601)，此成品可導入半導體廠之廠務端的供氣系統，供給相關設備使用，例如供給LED廠的金屬有機化學氣相沉積(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition,MOCVD)機台使用。

值得說明的是，在第5、6圖所揭露的實施例中，也可以省略步驟循環槽160以及步驟S401，也就是如第1、2圖中所示，儲存槽150連接於濕式泵130，並且透過濕式泵130水洗氣態氨122，使氣態氨122轉化為高濃度氨水151(步驟S105)。然後可選擇性地將高濃度氨水151儲存於儲存槽150內(步驟S106)。此為本領域具有通常知識者，在充分了解本發明的實施例之後，可以直接而無歧異的得知者，故在此不另贅述。

基於上述，在本發明第3~6圖所揭露的實施例中，透過濕式泵130、循環槽160以及儲存槽150之組合是完全密閉的再生系統，可有效杜絕氨氣的排放，並且解決了半導體廠或光電廠的氨氮排放問題。

同時，本發明的尾氣處理系統及方法還可大幅度的降低尾氣處理成本以及高純氨的採購成本。

雖然本發明之實施例揭露如上所述，然並非用以限定本發明，任何熟習相關技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，舉凡依本發明申請範圍所述之形狀、構造、特徵及數量當可做些許之變更，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧尾氣處理系統

110‧‧‧水洗裝置

111‧‧‧尾氣

112‧‧‧洗滌液

113‧‧‧氨水

120‧‧‧熱交換裝置

121‧‧‧輸送管路

122‧‧‧氣態氨

123‧‧‧低濃度氨水

124‧‧‧熱源

130‧‧‧濕式泵

150‧‧‧儲存槽

151‧‧‧高濃度氨水

Claims (15)

1. 一種尾氣處理系統，適於處理一內含有一氨氣之尾氣，該尾氣處理系統包括有：一水洗裝置，接收該尾氣，並且提供一洗滌液接觸該尾氣，該洗滌液吸收或分離該氨氣，並且轉化該氨氣為一氨水；一熱交換裝置，連接於該水洗裝置，以接收該氨水，並且氣液分離該氨水為一氣態氨與一低濃度氨水；以及一濕式泵，連接於該熱交換裝置，以一負壓抽送該氣態氨，並轉化為一高濃度氨水。
2. 如請求項1所述之尾氣處理系統，其中該熱交換裝置更包含一熱源，該濕式泵以低於1大氣壓的真空度抽送該氣態氨，該熱交換裝置透過該熱源以加熱該氨水。
3. 如請求項1所述之尾氣處理系統，更包含連接於該濕式泵之一儲存槽，該儲存槽接收並儲存該高濃度氨水。
4. 如請求項1所述之尾氣處理系統，其中更包含：一循環槽，連接於該濕式泵，該循環槽供應一吸收液給該濕式泵，用以水洗該氣態氨，使該氣態氨與該吸收液充分接觸而被吸收轉化為該高濃度氨水，其中該吸收液於該循環槽與該濕式泵之間循環流動；以及一儲存槽，連接於該循環槽，並接收且儲存該高濃度氨水。
5. 如請求項1至4項中任一項所述之尾氣處理系統，其中該水洗裝置為一濕壁塔、一水霧吸收器或一洗滌塔。
6. 如請求項1至4項中任一項所述之尾氣處理系統，其中該濕式泵為一水 封泵或一文氏管。
7. 如請求項3或4項所述之尾氣處理系統，更包括一純化設備，連接於該儲存槽，用以純化該高濃度氨水為一高純液氨成品。
8. 如請求項7所述之尾氣處理系統，其中該純化設備包括一熱交換裝置、一干式負壓裝置、一陰陽離子吸附器、一除水器、一濕壁塔、一冰水機、一降溫加壓裝置、一雜氣去除裝置或一成品槽。
9. 一種尾氣處理方法，適於處理一內含有一氨氣之尾氣，該尾氣處理方法包括：輸送該尾氣至一水洗裝置內；提供一洗滌液至該水洗裝置內接觸該尾氣，以吸收分離該尾氣中之氨氣，並且將該氨氣轉化為一氨水；輸送該氨水至一熱交換裝置內；以一濕式泵抽至一負壓，該氨水於該熱交換裝置內汽化，並且氣液分離為一氣態氨與一低濃度氨水；以及以該濕式泵抽送該氣態氨，並轉化為一高濃度氨水。
10. 如請求項9所述之尾氣處理方法，其中當該負壓為大於30托耳，該熱交換裝置更提供一熱源，以加熱該氨水至一汽化溫度。
11. 如請求項9所述之尾氣處理方法，其中當該氨水之溫度為30~80℃，該負壓為大於30托耳。
12. 如請求項9所述之尾氣處理方法，更包含儲存該高濃度氨水於一儲存槽內。
13. 如請求項9所述之尾氣處理方法，更包含以一循環槽供應一吸收液給該 濕式泵，用以水洗該氣態氨，使該氣態氨與該吸收液充分接觸而被吸收轉化為該高濃度氨水，該吸收液於該循環槽與該濕式泵之間循環流動，並致使該高濃度氨水儲存於一儲存槽內。
14. 如請求項9至13項中任一項所述之尾氣處理方法，更包括將該低濃度氨水自該熱交換裝置回流至該水洗裝置。
15. 如請求項9至13項中任一項所述之尾氣處理方法，更包括以下步驟：輸送該高濃度氨水至一純化設備；以及以該純化設備純化該高濃度氨水為一高純液氨成品。