全氟化物廢氣處理方（fāng）法

背景技術：

1997年聯（lián）合（hé）國氣候（hòu）變化綱要公約京都議定書中，各國通過（guò）管製六種主要溫（wēn）室氣體的（de）具體減量（liàng）方案及時刻（kè）表。

其中（zhōng）SF6、HFCs及PFCs等主要為人造的溫室氣體成分，為強效溫室氣體，具有高全球溫（wēn）暖化（huà）潛勢指數（shù）值(Global Warming Potential；GWP)，具極長的生命期，在大氣中的累積效（xiào）應為不可逆的。但近年來半導體製作過（guò）程(如在乾蝕刻化學氣相沉積的清腔程序等（děng）)廣泛地使用CF4、C2F6、NF3等全（quán）氟化物(PerfluorocompougdSPFCS)做為製作過程氣體，而這些氣體僅少部（bù）分被使用（yòng）掉，剩餘的（de）大部分(如化學氣（qì）相沉積約剩餘90％)則當作廢氣排放，是造成溫室（shì）效應的重要來源。但目前半導體設備元件的製造技術日趨精密，促使全氟化物的使用量隨著半導體製作過程的進步與日俱增，因此需要管製（zhì）與處理避免環（huán）境公害的產生，以及采用新的PFCs廢（fèi）氣處（chù）理係統，以（yǐ）適應未來更加嚴（yán）苛的廢氣排放標準。

目前工業製作過程中其全氟化物廢氣（qì）處理裝置（zhì），以（yǐ）高能量密度等離子高溫裂解及洗滌除害的設計原理為（wéi）主的裝置擁有最佳的效能，由於等離子（zǐ）產（chǎn）生的高溫有助於全氟化物裂解。此種全氟化物廢氣處理裝置，其應用範（fàn）圍包含半導體及其他工業製作過程的全氟化物等有害廢氣的處理，例如C2F6、SiH4、CF4、NF3、CHF3等廢氣處理。其基本工作原理如下直流等離（lí）子火炬產生高溫、高能量密度的等離子，將廢氣中的全氟化物熱解、原子化、離子化，使全氟化物的化學鍵（jiàn）被瓦解而摧毀，並與水或氧氣結合（hé）形成一些簡單易於處理的分子（zǐ）或原子如氫、一氧化碳、二氧（yǎng）化碳（tàn）和氟化氫（qīng）等，而沒（méi）有機會組合成較大的或較複雜的分子。舉例說（shuō）明其反應方程式如下 ， 為公知的全氟化物廢氣等離子處理裝置。

其運作如下將廢氣引入等（děng）離子反應器110中，其等離（lí）子反應器110包（bāo）括廢氣進口111、等（děng）離子火炬112、反應室113、水蒸氣入口（kǒu）114、水蒸氣（qì）產生反應爐115等五個部分，其中該反應室113內部是以耐火隔熱材料構築而成，在等離子火炬加熱下，可形（xíng）成高溫環境，有（yǒu）助反應形成。由上（shàng）的化學反應式可知，其（qí）反應過程中需要水參與（yǔ）反應。其（qí）等（děng）離子火（huǒ）炬112經（jīng）來自水蒸氣產生反應爐115產生的水（shuǐ）蒸氣自水蒸氣入口114進入反應後，所生的極高（gāo）溫（wēn）(10000℃)等離子束流提供高能量讓由廢氣進口111進入的全氟化物廢氣（qì）與水蒸氣作用，在反應（yīng）室113中瞬間（jiān）被（bèi）熱解、原子化或離子化，全氟化物組成之間（jiān）的化學（xué）鍵因而（ér）被（bèi）瓦（wǎ）解摧（cuī）毀，形成一些簡單易於處理的分子或原子等，而沒有機會組（zǔ）合成較大的或較複雜的（de）分子，這是熱燃燒（shāo）爐所（suǒ）無法達到的。但由於經等離子反應器110處理後的廢氣溫度很高，並產生氟化氫及氫氣氣體，因此，在等離子反應器110的反（fǎn）應室113出口處，設置（zhì）一噴水器組120，噴水器組（zǔ）120設有水（shuǐ）量控製（zhì）閥121調控噴水量使噴水頭122噴（pēn）出水霧，由此水吸收熱量使廢氣（qì）迅速降溫，並溶解部分氟化氫(HF)溶（róng）於水槽130中，水槽130再以底部排水（shuǐ）方式將廢水排出。

因高溫（wēn）影響氣體的溶解度（dù），所以在廢氣經噴霧（wù）冷卻後，再將廢氣引入一濕式（shì）洗滌（dí）塔150內部填有高表麵積填充物，並（bìng）設有噴水器組151，噴水器組151的水源（yuán）由水泵140抽取水槽130的水供應，水泵140之前可設置一過濾器141過（guò）濾（lǜ）雜質及固體物。廢氣在經過此一濕式洗滌塔150時，其夾帶的（de）固體物，例如，含矽粉末等，可以被洗淨濾除，同時氟化氫在此也被吸收，於處理（lǐ）氟化氫產物時，噴出的水霧可加堿液中和氟化氫酸性。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，水槽的儲水可做批（pī）次排放或連續排（pái）放至廢水（shuǐ）處理（lǐ）場即可（kě）。當廢（fèi）氣來源所提供的氣流靜壓不足時，濕式洗滌塔（tǎ）150後端可加置一風車160以補足靜壓，順利（lì）排出（chū）設計的風量值。

由於采用等離子反應器110較公知處理方（fāng）式如燃燒法的能量密度高，因此，全氟（fú）化（huà）物的裂解效率較高，效率優越（yuè）性大幅提升（shēng），處理C2F6的破壞去除（chú）率（lǜ）可達99％以上（shàng），甚（shèn）具環保價值。同時（shí）已（yǐ）證實可以同時處理多種全氟化物廢氣，可將CF4、C2F6與NF3等有（yǒu）害廢氣的化學鍵加以破壞、分解且（qiě）去除效率可達99％以上。

公知技術中（zhōng），為使廢氣燃燒完全，需將水蒸氣引入等離子反應器參（cān）與反應，但另以設備產生水蒸（zhēng）氣，其成本增加，故（gù）有造成全（quán）氟化物廢氣等離子處理裝置的產業利用性降低的缺點。此外，因全氟化物經裂解後所形成的廢氣中，氫氣占很（hěn）大的比例，其自燃的特性，將會（huì）在後續的處理過程中發生危害，故有降低（dī）全氟化物（wù）廢氣等離子處理裝（zhuāng）置的安（ān）全性的缺（quē）點。

發明內容：

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

本發明的另一（yī）目的在（zài）於提供一種全氟化物廢氣處理方法，在裝置中（zhōng）多設置一燃燒室（shì），將空氣與廢氣中氫氣混（hún）合（hé）燃燒，可大量（liàng）減少氫氣含量。

本發明是使用（yòng）下（xià）列步驟來達到上述的各項目的首先，是引入廢氣（qì），使之與（yǔ）高溫等離子火炬直接作用，再進入反應室內處理。該等離子火炬包括水蒸氣入口及水蒸氣管等部份。其中（zhōng）水蒸氣管管路中的液態水變成水蒸（zhēng）氣（qì）的熱能來自等離子反應器反應時的高溫，並（bìng）進入等離子火（huǒ）炬參與毒性氣體的反應。

接續，為（wéi）降低反應後大量氫氣，本（běn）發明增設一燃燒室，將外界空氣與氫氣反應，以處理掉大量氫氣。

接續，燃燒反（fǎn）應後（hòu）剩餘的廢氣進入一水槽，其內的噴水器組噴出（chū）水霧，在此水可吸（xī）收（shōu）熱（rè）量使廢氣迅（xùn）速降溫，並溶解反（fǎn）應後的部分氟化氫，而其餘（yú）落下（xià）於水槽表麵的產（chǎn）物，水槽再以底部（bù）排水方式將廢水排出。

最後，因高溫影響氣體的溶解度，所以在產物經噴霧冷卻後，廢氣引入（rù）一濕式洗滌塔將（jiāng）廢氣反應後的剩餘產（chǎn）物除淨。

具體的講，本發明有如下第（dì）一種方法一種全氟化物廢氣處理方法，包含(a)全氟化（huà）物廢氣與水蒸氣通過等離子火炬進入（rù）反應腔瞬間被熱解形成廢氣產物，其所述水蒸氣（qì）經由環繞所述反應腔的（de）水蒸氣管組所提供；(b)一（yī）燃燒室（shì）引入外界空氣，使所述空氣可在所述燃燒室內與所述廢（fèi）氣產物反應；©經（jīng）由一水（shuǐ）槽組溶解所述廢氣（qì）產（chǎn）物中部分氟化氫並除去在所述水槽組中的所述廢氣產物（wù）中（zhōng）的固體小分子；(d)經由一濕式洗滌（dí）塔處理剩餘的所述廢氣（qì）產（chǎn）物。

所述的全（quán）氟化物廢氣處理方法（fǎ），其中所述（shù）水蒸氣（qì）管（guǎn）組的液態水是通過由所述全（quán）氟化物廢氣反應時的高熱使的成為水蒸氣。

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

所述的全（quán）氟化物廢氣處理方法，其中所（suǒ）述燃燒室是通過一控製閥引入所述外（wài）部空氣。

所述的全氟化物廢氣處理方法，其中所（suǒ）述（shù）的控製閥可為複數個。

所述的全氟化（huà）物（wù）廢氣處理方法，其（qí）中所述水蒸氣管組可降低在燃燒過程中所（suǒ）述反應腔的（de）溫度（dù）。

第二種方（fāng）法一種全氟化物廢氣處理（lǐ）方法，包含(a)全氟（fú）化物廢氣與水（shuǐ）蒸氣通過等離子火炬（jù）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閥引（yǐn）入外界生氣，使所述空氣可在所述燃燒室內與所述廢（fèi）氣產物反應；©經由一水槽組將所產生的廢氣產物急速降溫，並溶解部分產物；(d)經由一濕式洗（xǐ）滌塔處理剩餘的所述廢氣產物。

所述的全氟化物廢氣（qì）處理方法，其中所述水蒸（zhēng）氣是由環（huán）繞（rào）所述反應腔的水蒸氣管組所提供，其中所述的（de）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之成為水（shuǐ）蒸氣。

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

所述的全氟（fú）化物廢氣處理方法，其中所述燃燒室是（shì）連（lián）接於所述反（fǎn）應腔之後。

所述的全氟化物廢氣處理方法，其中所（suǒ）述控製閥可（kě）為複數個。

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

第三種方法一種全氟（fú）化物廢（fèi）氣處理方法，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（shùn）間被熱解形成廢氣產物，其所述（shù）水蒸氣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（fèi）氣產物中部分氟化氫（qīng）並除去在所述水槽組中的所述廢氣產物中的固體小分子；©經由（yóu）一濕式洗滌塔（tǎ）處理剩餘的所述廢氣（qì）產物。

所述的全氟化物廢（fèi）氣處（chù）理方法，其中所（suǒ）述水蒸（zhēng）氣管（guǎn）組的液態水（shuǐ）是通過由所述全氟化物廢氣反應（yīng）時的（de）高（gāo）熱使的成為水蒸（zhēng）氣。

所述的全氟化物廢氣處理方法，其中所述液態水是來（lái）自所述水槽組中的循環（huán）水。

所述的全氮化物廢氣處理方（fāng）法（fǎ），其中所述水（shuǐ）蒸氣管組（zǔ）可降低在燃燒過程中所述（shù）反應腔的溫度。

由上可知，本發明優（yōu）點（diǎn）在於，利用燃燒廢氣時所（suǒ）產生的熱能，將液態水轉換（huàn）為水蒸氣。既節約了能（néng）源，也節省了單獨的水蒸氣產生設備（bèi）。同時將空（kōng）氣與（yǔ）廢氣中氫氣混合燃燒，可大量（liàng）減少氫氣含量，提高了安全性。

圖1是公知技術中（zhōng）全氟化物廢氣（qì）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（chù）理裝置。

具體實施（shī）例方式：

本發明的目的在於提供一種全氟化物廢（fèi）氣處理方法（fǎ），可運用在處理全氟化物(PFCs)的廢氣時，其反應中（zhōng）所添加（jiā）的水蒸（zhēng）氣是利用本身燃（rán）燒的熱能加熱產生的，且為除去廢氣反（fǎn）應後的大量氫氣，本發明亦增（zēng）加一燃（rán）燒室（shì）解決。

首先，如圖2所示為實現本發明的全（quán）氟化（huà）物廢（fèi）氣等離子（zǐ）處理裝置，其是引入廢氣，使之與高溫等離子火炬直接作用，再進入反應室內處理，並於（yú）反應室出口處設置一噴水器（qì）組，廢氣經過噴水器（qì）組降溫後，再引入一濕式洗滌塔處理後予以排放，此一濕式洗滌塔的循環用（yòng）水設有一水槽供（gòng）應的（de），其運作方式如下一（yī）等離子火炬200包括一水蒸氣入口201及一水蒸（zhēng）氣管202。其（qí）水蒸氣管202管路（lù）的配置即為本發明的重點之一，其中水蒸氣管202管路是源（yuán）自水槽組，以適當方式環繞（rào）一等離子反應器（qì）210後向上延伸至水蒸氣入口201；當液態水自水槽流（liú）動環繞等離子反應器時，等離（lí）子反應器所生的熱能將其加熱為水蒸（zhēng）氣，並自（zì）水蒸氣入（rù）口（kǒu）201進入等離子火炬200使參與毒性氣體的反應。

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

其等離子反應器210更包括一廢（fèi）氣進口211、一（yī）反應室213二（èr）個（gè）部分（fèn），其中反應室213內部因（yīn）此耐火隔熱材料構築而成，在（zài）等離子火炬加（jiā）熱下，可形成高溫環境。全氟化物廢氣由廢氣進口211進入等離子反應器210，通過（guò）等離子火炬200的極高溫(10000℃)等離子束流，全氟化物廢氣在反應室213中，瞬間被熱解、原子化或離子化，全氟化物組成之間的化學（xué）鍵因而被瓦解摧毀，形成一些簡單易於處理的分子或原子如氫、一氧化碳、二氧化（huà）碳和氟化氫等，而沒有（yǒu）機會組合成較大的或較複雜的分子。但由於經（jīng）等離子反應器210處理（lǐ）後的廢氣（qì）溫度很高，並產生（shēng）氟化氫及氫氣氣體，其中氫氣在後續（xù）處理過程中（zhōng）易產生爆炸危險。因此，本（běn）發明（míng）在等離子（zǐ）反應器210的反應室213出口（kǒu）處，增設（shè）一燃燒室280，通過由全氟化物廢氣處理裝置內部為負壓的原理，通過（guò）一空（kōng）氣閥281的控製，可將外界空氣引入後，使空氣中的氧（yǎng）氣可在燃燒室內與氫（qīng）氣（qì）反應，以處理掉大量氫（qīng）氣，此亦（yì）為本發明的重點。

接續，與傳統全氟化物廢氣等離子處理（lǐ）方（fāng）式相同，其燃燒反應後剩餘的（de）廢氣（qì）進入一水槽230，其內的（de）一噴水器組220設有一水量控製閥221調控噴（pēn）水量使一噴水（shuǐ）頭（tóu）222噴出（chū）水霧，由此水吸收（shōu）熱量（liàng）使廢氣（qì）迅（xùn）速降溫，並溶解部分氟化氫（qīng）(HF)，而其餘落下於（yú）水槽表麵的產物，水槽再以底部排水方（fāng）式將廢水排（pái）出（chū）。其噴水器組220的（de）水源亦可由水（shuǐ）泵240抽取水槽230的水供應(圖中未示)，水泵240之前可設置一過濾器241過濾雜質及固體物。因高溫影響氣體（tǐ）的溶解度，所以在產物（wù）經噴霧冷卻後，通（tōng）過一過濾器241過濾（lǜ）雜質及固體物，再（zài）將（jiāng）廢氣引入一濕式洗滌塔250內部填有（yǒu）高表麵積填充物。毒性氣體（tǐ）廢氣在經（jīng）過此一濕式洗滌塔250時，其夾帶的固體物，例如，含矽粉末等，可以被洗淨濾除，同時氟化氫在此也被吸收，於（yú）處理氟化氫產物時，噴出的水霧可加堿液以中和氟化氫的酸性。當廢（fèi）氣來源所（suǒ）提供的氣流靜壓不足時，濕式（shì）洗（xǐ）滌塔250後端可加置一風車260以補足靜壓，順利（lì）排（pái）出設計的風量（liàng）值。

以（yǐ）上所述是利用較佳實施例詳細說明本發明，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（zuò）些微的改變與調整（zhěng），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，故都應視為本發明的進一步（bù）實施狀況。

權利要求：

1.一種全氟化物廢氣處理方法，其特（tè）征在於，包含(a)全氟化物廢（fèi）氣與水蒸氣（qì）通過等離子火炬進入反應腔瞬間（jiān）被熱解形成廢氣產物，其所述水蒸氣經由環繞（rào）所述反應腔的水蒸氣管組所提供；(b)一燃燒室引入外界空氣，使所述空氣可在所述燃燒室內與所述廢（fèi）氣產物反應；©經由一（yī）水槽組溶解所（suǒ）述廢氣產物中部分氟化（huà）氫並除去在所述水槽組中的所述廢氣產物（wù）中的固體小分（fèn）子；(d)經由一濕式洗滌塔處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，其中所述水蒸氣管（guǎn）組的液態水是通過由所述全氟化物廢（fèi）氣反應時的高熱使的成為水蒸氣。

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

4.根據權（quán）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（suǒ）述燃燒室是通過一控製閥引入所述外部（bù）空氣。

5.根據權（quán）利要求4所述的全氟化物廢氣處理方法，其（qí）特征在於，其中所述的（de）控製閥可為複數個。

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

7.一（yī）種全氟化物廢氣處理方法，其特征在（zài）於，包含（hán）(a)全氟化物廢氣與（yǔ）水蒸氣通過等（děng）離子（zǐ）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閥引（yǐn）入外界生氣，使所述空氣可在所述燃燒室內與所述廢氣產物反應；©經（jīng）由一水槽組將所產（chǎn）生的廢氣產物急速降溫，並溶（róng）解部分產物；(d)經由一濕式洗滌塔處理剩餘的所述廢氣產物。

8.根據權利要求7所述的全氟化物廢氣處理方（fāng）法，其特征在於，其中所述水蒸氣是由環（huán）繞所（suǒ）述反（fǎn）應腔的水蒸氣管組所提供，其中所述的水蒸氣管組的液態水是通過（guò）由所述全氟化物廢氣反應時的高熱使之成為水（shuǐ）蒸氣。

9.根據權利要求8所（suǒ）述的全氟化物廢（fèi）氣處理方（fāng）法，其特征在於，其中所述液態水是來自所述水槽組中（zhōng）的循環水。

10.根據權利要求7所述的全氟化物廢（fèi）氣處理方（fāng）法，其特征在於，其中所述燃燒室是連接於所述（shù）反應腔之後。

11.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，其中所述控製閥可為複數個（gè）。

12.根據權利要求7所述的全氟化物廢氣處（chù）理方法，其特征在於，其中所述（shù）水蒸氣管組可降低在（zài）燃燒過程（chéng）中所（suǒ）述反應腔的溫度。

13.一種全氟化物廢氣處理方法，其特征在於（yú），包含(a)全氟化（huà）物廢氣（qì）與水蒸氣通過等離子火炬進入反應腔瞬間被熱解形（xíng）成廢氣產物，其所（suǒ）述水蒸氣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（chú）去在所述水槽（cáo）組中（zhōng）的所述廢氣產物中的固體小分子；©經由一濕式洗滌塔處理剩餘的所述廢氣產物。

14.根據權（quán）利要求13所（suǒ）述的全氟化物廢氣處理方法，其特征在於，其中所述水蒸（zhēng）氣管組的液態水是通過由所述全氟化物廢氣反應時的高熱使的成為（wéi）水蒸氣。

15.根據權利要求14所述的全氟化（huà）物廢氣處理方法，其特征（zhēng）在於，其中所述液態水是來自所（suǒ）述水槽組中的循環水（shuǐ）。

16.根據權利要求（qiú）13所述的全（quán）氮化物（wù）廢氣處理方法，其特征在於，其中所述（shù）水蒸氣管（guǎn）組可降低在燃燒過（guò）程中所述反應（yīng）腔的溫度（dù）。

全文摘要：

一種全氟化物廢氣處理方法，可以利用等離子反應器於反應過程中產生的熱能，將液態水（shuǐ）轉換為水蒸氣後，其產（chǎn）生的水蒸氣直接引入（rù）等離子反應器（qì）參與等（děng）離子束流的反（fǎn）應，如此（cǐ），亦可降低燃燒過程中（zhōng）反應腔的高熱問（wèn）題。此外，本發明亦設置一燃燒室與（yǔ）反應室相連，將空氣引入燃燒室中與氫（qīng）氣混合燃（rán）燒，可處（chù）理大量全氟化物廢氣燃（rán）燒過程中（zhōng）所產生的氫氣。