全氟化物廢氣（qì）處理方法

背景技術：

1997年聯合國（guó）氣（qì）候變化綱要公約京都（dōu）議定書中，各國通過管製（zhì）六種主要（yào）溫室氣體的具體減量方案及時刻表。

其中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（jù）有高全（quán）球溫（wēn）暖（nuǎn）化潛勢指數值(Global Warming Potential；GWP)，具極長的（de）生命期，在大氣中（zhōng）的累積效（xiào）應為不可逆的。但（dàn）近年來（lái）半（bàn）導體製作過程(如在乾蝕刻化（huà）學氣相沉積的清腔程序等)廣泛地使用CF4、C2F6、NF3等全氟化物(PerfluorocompougdSPFCS)做為製作過程氣體，而（ér）這些氣體僅少部分被使（shǐ）用掉，剩（shèng）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。但目（mù）前半導體設備元件的製造（zào）技術日（rì）趨精密，促使全氟化物的（de）使用（yòng）量隨著半導體製作過（guò）程的（de）進步與日俱（jù）增，因此需要管製與處理避免環境公害（hài）的產生，以及采（cǎi）用新的PFCs廢氣處理係統（tǒng），以適應未來更加嚴苛的廢氣排放標準。

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（zǐ）高溫裂解及洗滌除害的（de）設計（jì）原理為主的裝置擁有最（zuì）佳的效能，由（yóu）於等（děng）離子產（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（wéi）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子火炬產生高溫、高能量密度的等離（lí）子，將廢氣中的全氟化物（wù）熱解、原子化、離子化，使（shǐ）全氟化物的化學鍵被瓦解而摧毀，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（tàn）、二氧化碳和氟化氫（qīng）等，而沒有機會組合成（chéng）較大的或較複雜的分子。舉例說明其反應方程式如下 ， 為公知（zhī）的全（quán）氟化物廢氣等離（lí）子處理裝置。

其運（yùn）作如下將（jiāng）廢氣引入等（děng）離子（zǐ）反應（yīng）器110中，其等離子反應（yīng）器110包括廢氣進（jìn）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（kě）形成（chéng）高溫環境，有助反應形成。由（yóu）上的化學反（fǎn）應式可知，其反應過程中需要水參與反應。其等離子火炬112經（jīng）來自水蒸氣產生反應爐（lú）115產生（shēng）的水（shuǐ）蒸氣自水蒸氣入口114進入反應後，所生的極（jí）高溫(10000℃)等離子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（zhōng）瞬間被熱（rè）解、原子化或離（lí）子化，全氟化（huà）物組成之間的化學鍵因而被瓦解（jiě）摧毀（huǐ），形成一些簡單易於處理的（de）分子或原子等，而沒有機會組合成較大（dà）的或較複雜的分子，這是熱燃燒爐所無法達到（dào）的。但由（yóu）於（yú）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（jí）氫氣氣體，因此，在等離子反應器110的反應室113出口處，設置一噴水器組120，噴水器組120設有水量控製閥（fá）121調（diào）控噴水量使噴水頭122噴出（chū）水霧，由此水吸收熱量使廢氣迅速降（jiàng）溫，並溶解部分氟化氫(HF)溶於水（shuǐ）槽130中，水槽130再以（yǐ）底部排水方式將廢水排（pái）出。

因高溫影響氣體的溶解度，所（suǒ）以在廢氣經噴霧冷卻後，再將廢氣引入一濕式洗滌塔150內部填有高表麵積填充物，並設有噴水器組151，噴水器組（zǔ）151的水源由（yóu）水泵140抽取水槽130的水供（gòng）應，水（shuǐ）泵140之前可設置一過濾器141過濾雜質及固體物。廢氣在經過此一濕式洗滌塔（tǎ）150時，其夾帶（dài）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（bèi）吸收，於處理（lǐ）氟化氫產物（wù）時，噴出的水霧可加堿液中和氟化氫酸性（xìng）。但（dàn）依（yī）現況（kuàng）而言，在科學園區設有廢（fèi）水處理場，通常含氟廢水可由廢水處理場處理，因此，水槽的儲水可做（zuò）批次排（pái）放或連續排放（fàng）至廢水處理場即可。當廢氣來（lái）源所提供的氣流靜壓不足時（shí），濕式洗滌塔150後端可加置一（yī）風車160以補足靜壓（yā），順利（lì）排出設計的風量值。

由（yóu）於采用等離子反應器110較公知處理（lǐ）方式如燃燒法（fǎ）的能量密度高（gāo），因此，全（quán）氟化物的裂解效率較高，效率優（yōu）越性大幅提升，處理C2F6的破壞去除率（lǜ）可達99％以（yǐ）上，甚具環（huán）保（bǎo）價（jià）值。同時已證（zhèng）實可以同時處理多（duō）種全（quán）氟化物廢氣，可將CF4、C2F6與NF3等（děng）有害（hài）廢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，需將水蒸（zhēng）氣引入等離子反應器參與反應，但另以設備產生水（shuǐ）蒸氣（qì），其成本增加，故有造成全氟化物廢氣等離子處理裝置的產業利用性（xìng）降低的（de）缺點。此外，因全氟化物經裂解（jiě）後所（suǒ）形（xíng）成的廢氣中，氫氣（qì）占很大的比例，其自燃的特性，將會在後（hòu）續的處（chù）理過程中發生危害，故有降低（dī）全氟化（huà）物廢氣等離子處（chù）理裝置的安全性的缺點（diǎn）。

發明內容：

本發（fā）明（míng）的主要目的在於提供一種全氟（fú）化物廢氣處理方法，利用燃燒廢氣時所（suǒ）產生的（de）熱能，將液態水轉換（huàn）為水蒸氣，減少了單獨產生水蒸氣的設備。

本發（fā）明的另一目的在於提供一種（zhǒng）全氟化物廢氣處理方法，在裝置中多設置一燃燒室，將空氣與廢氣（qì）中氫氣混合（hé）燃燒，可大（dà）量減少（shǎo）氫氣含量。

本發明是使用下列步驟來達到上述的各（gè）項目的首（shǒu）先，是引入廢氣，使之與高溫等離子（zǐ）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。其中水蒸氣管管路中的液態水變成（chéng）水蒸氣的熱能來自等離子反應器反應時的高溫，並進入等離子火炬參與毒性氣（qì）體的反應。

接續，為降低反應後大量氫氣，本發明增設一（yī）燃燒室，將外界空氣與氫氣反應，以處理掉大量氫氣。

接（jiē）續，燃燒反應（yīng）後剩餘（yú）的廢氣進入一（yī）水槽，其內的噴水器組噴出水霧，在此水可吸收熱量使廢氣迅速（sù）降溫，並溶解反應後的部（bù）分氟化氫，而其餘落下於水（shuǐ）槽表麵的產物，水槽再以底部排水（shuǐ）方式將廢水排出。

最後（hòu），因高溫影響氣體（tǐ）的溶解度，所以在產物經噴霧冷卻（què）後，廢氣引（yǐn）入一濕式（shì）洗滌塔將廢氣反應後的剩餘產物除淨。

具體的講，本發明有如下第一種方法一種全氟化物（wù）廢氣（qì）處理方（fāng）法，包含(a)全氟化（huà）物廢氣與水蒸氣通（tōng）過等（děng）離子（zǐ）火炬進入反應腔瞬間被熱（rè）解形成（chéng）廢氣產物，其所述水蒸氣經由環繞所述反（fǎn）應腔的水（shuǐ）蒸氣（qì）管組所（suǒ）提供；(b)一燃（rán）燒室引入（rù）外（wài）界空氣，使所述空氣可在所述燃燒室內與所述（shù）廢氣產（chǎn）物反（fǎn）應；©經由一水槽（cáo）組溶解所述廢氣產物（wù）中部分氟化氫並除去在所述水槽組中的所述（shù）廢氣產物中的固（gù）體小分子；(d)經由一濕式洗滌塔處理剩餘的所述廢氣產物。

所（suǒ）述的全氟化物廢氣處理方法，其中所述水蒸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水蒸氣。

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

所述的全氟化物廢氣處理（lǐ）方法，其中所述燃燒（shāo）室是通過一（yī）控製閥引入所（suǒ）述外部空氣。

所述的全氟化物廢氣處理方法，其中所述的控製閥可為複數個。

所述的全氟化物廢氣處（chù）理方（fāng）法，其中（zhōng）所述水蒸氣管組可降低在燃（rán）燒過程中所述（shù）反應腔的溫度。

第二種（zhǒng）方法（fǎ）一種全氟化物廢氣處理方法，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；(b)一燃燒室通過由控製閥引（yǐn）入外（wài）界（jiè）生氣，使所述空氣可在所述燃（rán）燒室內與所述廢氣產物反應；©經由一水槽（cáo）組將所產生的廢氣產物急速降溫，並溶解部分產物；(d)經由一濕式洗（xǐ）滌塔處理剩餘的（de）所述（shù）廢氣產物。

所述（shù）的全氟化物廢氣處理方法，其中所述水（shuǐ）蒸氣是（shì）由環繞所述反（fǎn）應腔的水蒸氣管組所提（tí）供，其中所述的水蒸氣管組的液態水（shuǐ）是通過由所述（shù）全（quán）氟化物廢氣反應時的高熱使之成為（wéi）水蒸氣。

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

所述的全（quán）氟化物廢（fèi）氣處（chù）理方法，其（qí）中所述燃（rán）燒室是連接於所述反應腔之後（hòu）。

所述的全氟化物廢氣處理方法，其中所述（shù）控製閥可為複數個。

所述的全氟化物（wù）廢氣處理方（fāng）法，其（qí）中所（suǒ）述（shù）水蒸氣管組可（kě）降低在燃燒過（guò）程中所述反應腔的溫度。

第三種（zhǒng）方法一種全氟（fú）化物廢氣處理（lǐ）方法，包含(a)全氟化（huà）物（wù）廢氣與水蒸氣通（tōng）過等離子火炬進入反應腔瞬間被（bèi）熱解形（xíng）成廢氣產物，其所（suǒ）述水蒸氣經（jīng）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述水槽組（zǔ）中的所述廢氣產物中的固體小分子；©經（jīng）由一濕式（shì）洗滌塔處理剩餘的（de）所述廢氣產物。

所述的（de）全氟化物廢氣處理方法，其中所述水蒸氣管組的液態水是通過（guò）由所述全氟化物廢氣（qì）反應時的高熱使的成（chéng）為水蒸氣。

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

所述的全（quán）氮化物（wù）廢氣處理方法，其中所述水蒸氣管組可降低（dī）在燃燒過程中（zhōng）所述（shù）反應（yīng）腔的溫度。

由上可知，本發明優點在於，利用燃燒廢氣時所產生的熱能，將液態水轉換為水蒸氣。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（yǔ）廢氣中氫氣混合燃燒，可大量減少氫氣含量，提高了安全性。

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

具體實施例方式：

本發明（míng）的（de）目的在（zài）於提供一種全氟化物廢氣處理方法，可運用在處理全氟化物(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能加熱產（chǎn）生的，且為除去（qù）廢氣反應後的大量氫氣（qì），本發明亦增加一燃燒室解決。

首先，如圖2所示（shì）為實現（xiàn）本發明的全氟化物廢氣等離子處理裝（zhuāng）置（zhì），其是引入廢氣（qì），使之與高溫等離子火炬直接作用，再進入反應（yīng）室內處理，並於反應室出口（kǒu）處設置一噴水器組，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（fàng），此一濕式洗滌塔的循（xún）環用水設（shè）有一水（shuǐ）槽供應的，其（qí）運作方式如下（xià）一等離子火炬200包括一水蒸氣入口201及一水（shuǐ）蒸氣管202。其水蒸氣管202管路的配置即為本發明的重點之一，其中水蒸氣管202管（guǎn）路是源自水槽組，以（yǐ）適當方式環繞一等離子反應器210後向上延伸至水蒸氣入口201；當液態水自水槽流動環（huán）繞等離子反應器時，等（děng）離子反應器所生的熱能將其加熱為水蒸氣，並自水蒸氣（qì）入口201進入等離子火炬200使參（cān）與毒性氣體的反應。

為使等離子火炬產生極高（gāo）溫(10000℃)等離子束流的效率提（tí）升（shēng），需將水（shuǐ）蒸氣引入等離子反（fǎn）應器參與反應。本發明利用等離子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（qì）後，直接引入等離子（zǐ）反應器參與反應。如此不僅節省成本，不需另行增添加熱器，更可同時降低（dī）反應後所生廢氣溫度，增加廢氣對水（shuǐ）的溶解度，以利後續的處理。

其等離子反應器210更包括一廢氣進口211、一反應室213二個部分，其（qí）中反應（yīng）室213內部因此耐火隔熱材料構築而成，在等離子火炬加熱下，可形成高溫環境。全氟化物廢氣由廢氣進口211進入等離子反應器210，通過等離子火炬200的極高溫(10000℃)等離（lí）子束流，全氟化（huà）物廢氣在反（fǎn）應室（shì）213中，瞬間被（bèi）熱解、原子（zǐ）化或離子化，全（quán）氟化物（wù）組成之間的化學鍵因而（ér）被瓦解摧（cuī）毀，形成一（yī）些簡單易於處理的分（fèn）子或原子如（rú）氫、一氧（yǎng）化碳、二氧化碳和氟化氫（qīng）等（děng），而沒有（yǒu）機會（huì）組合（hé）成較大的（de）或較複（fù）雜的分子。但由於經（jīng）等離子反應器210處理後的廢（fèi）氣溫度很高，並產生氟化（huà）氫及氫氣氣體，其中氫氣在後續處理過程中（zhōng）易產生爆（bào）炸（zhà）危險。因（yīn）此，本發明在等（děng）離（lí）子反應器210的（de）反應室213出口處，增（zēng）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（de）原理，通過一空氣閥281的控（kòng）製，可將外界空氣（qì）引入後（hòu），使空氣中的（de）氧氣可在燃燒室內與氫氣反應，以處理掉大量氫氣，此亦為本發明的重點。

接續，與傳統全（quán）氟化物廢氣等離子處理方式相（xiàng）同，其燃燒反應後剩餘的廢氣進入一水槽230，其內的一噴（pēn）水器組220設有（yǒu）一水量控製閥221調控噴水量使一噴（pēn）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（luò）下於水槽（cáo）表麵的產物，水槽再以底部排水方式將廢水排出。其噴（pēn）水器（qì）組（zǔ）220的水（shuǐ）源亦可由水泵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。因高溫影響氣體的溶解度，所以在產物經噴霧冷卻後，通過一過濾器241過濾雜質及固體物，再（zài）將廢氣（qì）引入一濕式洗（xǐ）滌塔250內（nèi）部填有高（gāo）表麵積（jī）填充（chōng）物。毒性氣體廢氣在經過此一濕式洗滌塔250時，其夾帶（dài）的固體物（wù），例如，含矽粉末等，可以（yǐ）被洗（xǐ）淨濾除，同（tóng）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（kě）加堿液以中（zhōng）和氟化氫的酸（suān）性。當廢氣（qì）來源所提供的氣流靜壓不足（zú）時，濕式洗滌塔250後端可加置一風車260以補足靜壓，順利排出設計的（de）風量值。

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

權利要求：

1.一種全氟化物廢氣處理（lǐ）方法，其特征在於，包含(a)全（quán）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（jiě）形成廢氣產物，其所述水蒸氣經（jīng）由環繞所述反應腔的水蒸氣管組所提供；(b)一燃燒室（shì）引入外界空氣，使所述空氣可（kě）在所述燃燒室內與所述廢氣產物反應（yīng）；©經由一水槽組溶解所述廢氣產物中部分氟化氫並除去（qù）在所述水槽（cáo）組中（zhōng）的所述廢（fèi）氣產物中的固（gù）體小分子；(d)經由一濕式洗滌塔處理剩餘的所述廢氣（qì）產物。

2.根據權利要求1所述的（de）全氟化物廢氣處（chù）理方（fāng）法，其特征（zhēng）在於，其中所述水（shuǐ）蒸氣管（guǎn）組（zǔ）的液態水是通過由所述全氟化物廢氣反應時的高熱（rè）使的（de）成為水蒸氣。

3.根據權利要求2所述的全氟化物（wù）廢氣處理方法，其特征在於（yú），其（qí）中所述液態水（shuǐ）是來自所述水槽組中的循環水。

4.根據權利要求1所述的全氟化物（wù）廢氣處理方法，其特征在於，其中所述燃燒室是通過一控製閥引入所（suǒ）述外部空氣。

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

6.根據權利要求1所（suǒ）述的全氟化物廢氣處理方法，其特征在（zài）於，其中所述水蒸（zhēng）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（fāng）法，其（qí）特征在於，包含(a)全氟化物廢氣與水蒸氣通過等離子（zǐ）火炬進入反應腔瞬間被熱解形成廢氣產物；(b)一燃燒（shāo）室通（tōng）過由控製閥引入外界生氣，使所述空（kōng）氣可在所述燃燒室內與所述廢氣產物反應；©經由一水槽組將所產生的廢氣產物急速降（jiàng）溫，並溶解部（bù）分產（chǎn）物；(d)經由一濕式洗滌塔處理剩（shèng）餘的所述廢氣產物。

8.根（gēn）據權（quán）利要求7所述的全氟化物廢氣處理方法，其特征在（zài）於，其中所述水蒸氣是由環繞所（suǒ）述反應腔的水蒸氣管組所提供（gòng），其中所述的水蒸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之成為水蒸氣。

9.根據權利要（yào）求8所述的全氟化物廢氣處理方法，其特征在於，其中所（suǒ）述液態水是來自所述水槽組中的循（xún）環水。

10.根據權利要求7所述的全氟化物廢氣（qì）處（chù）理方法，其特征在於，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（suǒ）述的全（quán）氟化物廢氣處理（lǐ）方法，其特征在於，其中所述控製閥可（kě）為複數個。

12.根據（jù）權利要求（qiú）7所述的全氟化物廢氣處理（lǐ）方（fāng）法，其特征在於，其中所述水蒸氣管組可降低在（zài）燃燒過（guò）程中所述反應腔的溫度。

13.一種全氟化物廢氣處理方法，其特征在於，包含(a)全氟化物廢氣與水蒸氣通過等離子火（huǒ）炬進入反應腔（qiāng）瞬間被熱解形成廢氣產物，其所述水蒸（zhēng）氣經由環繞所述反應腔的水蒸氣管組所提供；(b)經由一（yī）水槽組溶解所述廢氣產物中（zhōng）部分氟化氫並除去在所述水槽組中的所述廢氣產物中的固（gù）體（tǐ）小（xiǎo）分子；©經由（yóu）一濕式洗滌塔處理剩（shèng）餘的所述廢氣產物。

14.根據權利要求13所述的全氟化物廢氣處理方法（fǎ），其特征（zhēng）在（zài）於，其中（zhōng）所（suǒ）述水蒸氣（qì）管組的液態水是通過由所述全氟化物廢氣反應時（shí）的高熱使的成為水蒸氣。

15.根據權利要求14所述的全（quán）氟化物廢氣（qì）處理方法，其特征在於，其中所述液態水是來（lái）自所述水槽（cáo）組中（zhōng）的循環水。

16.根據權利（lì）要求13所（suǒ）述的全氮化物（wù）廢氣（qì）處理方法（fǎ），其特征在於，其中所述水蒸氣管（guǎn）組可降（jiàng）低（dī）在燃燒過程中所述反應腔的溫度（dù）。

全文摘要：

一種（zhǒng）全氟化物廢氣處（chù）理方法（fǎ），可以利用等離（lí）子反應（yīng）器於反應過程（chéng）中產生的熱能，將液態水轉換為水蒸氣（qì）後，其產生的水蒸氣直接引入等離子（zǐ）反應器參與（yǔ）等（děng）離子束流的反應，如此，亦可降低燃燒過程中反應腔的高熱問題。此外，本發明亦設置一燃燒室與反應室相連，將空氣引入燃燒室中與（yǔ）氫氣混合燃（rán）燒（shāo），可處理大量（liàng）全（quán）氟化物廢（fèi）氣燃燒過程中所產生的氫氣。