СПОСОБ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА Российский патент 1995 года по МПК B01D53/02 

Изобретение относится к способу обезвреживания экологически вредных газов и может быть использовано в технологии плазменной обработки материалов.

При плазменной обработке материалов на воздухе возможны термообработка, очистка от органических загрязнений, удаление фоторезиста, сухое травление, нанесение пленок и другие процессы, когда в зависимости от задачи в плазменный поток вводят различные добавки, например фторсодержащие газы гексафторид серы, тетрафторид углерода, а также кислород и другие реагенты. В плазме температура составляет около 10000^оС, а на выходе из плазменного генератора температура равна 180-150^оС.

В результате в отходящих газах могут присутствовать следующие компоненты: оксиды азота, озон, фтористый водород, тетрафторид кремния, оксид углерода, фториды серы, оксифториды серы и фтороксид углерода.

Такой сложный комплекс одновременно образующихся веществ требует универсального способа улавливания и обезвреживания отходящих газов плазмохимической технологии.

Учитывая физико-химические свойства отходящих газов, состав и их токсичность, был выбран способ улавливания экологически вредных компонентов на основе адсорбции специальными сорбентами с их определенной последовательностью и обеспечением необходимого температурного режима, а также удалением пылевидных частиц перед процессами сорбции.

В качестве сорбента для улавливания окислов азота, окиси углерода и фтористого водорода, а также оксифторидов серы и частичного разложения озона выбран кислотостойкий цеолит-морденит в Н-форме.

Для улавливания фторидов серы и кремния, оксифторидов серы и углерода, оставшихся после прохождения через цеолит, выбран активированный уголь, пропитанный раствором гидроксида натрия, механизм улавливания на котором объясняется реакциями гидролиза фтористых соединений серы и кремния, что сопровождается появлением дополнительных количеств фтористого водорода.

Далее для улавливания остатков кислых газов, в том числе фтористого водорода, образующегося при гидролизе фтористых соединений серы и углерода, применен щелочной поглотитель из негашенной извести с нанесенной на нее щелочью (аскарит).

П р и м е р. Обезвреживание отходящих газов, образующихся при использовании гексафторида серы для травления кремниевой пластины. Начальный плазменный поток после встречи с обрабатываемой поверхностью самопроизвольно охлаждается до 150^оС за счет подсоса воздуха через неплотности в кожухе плазмотрона, работающего при атмосферном давлении. Процесс обезвреживания состоит из следующих стадий: охлаждение газа в холодильнике до 25-30^оС, отделение твердых аэрозольных частиц в фильтре Петрянова, поглощение оксидов азота, оксида углерода и небольшого количества фтористого водорода с помощью морденита в Н-форме, очистка от фтористых соединений серы и углерода с помощью угольного сорбента, пропитанного 0,3% раствором гидроксида натрия, и очистка от остатков кислых газов с помощью щелочного поглотителя аскарита.

Прохождение газа через цеолит обеспечивает очистку от озона.

Механизм обезвреживания фтористых соединений серы и углерода основан на реакциях гидролиза:
1. Диоксидифторид серы + вода->>серная кислота + фтористый водород.

2. Оксидифторид серы + вода->>диоксид серы + фтористый водород.

3. Дифторид дисеры + вода->>диоксид серы + фтористый водород.

4. Тетрафторид серы + вода + кислород->>серная кислота + фтористый водород.

5. Декафторид дисеры + вода + кислород->>серная кислота + фтористый водород.

6. Дифторид оксиуглерода + вода->>оксид углерода + фтористый водород.

7. Тетрафторид кремния + фтористый водород ->>гексафторкремниевая кислота.

Прохождение через щелочной поглотитель из негашеной извести с нанесенной на нее щелочью (аскарит) служит для улавливания остатков кислых газов, в данном случае фтористого водорода и диоксида серы, образующихся при гидролизе фтористых соединений серы и углерода.

После адсорбента с щелочным поглотителем в системе предусмотрен индикатор для наблюдения на просоком кислых газов. В качестве индикатора служит стеклянная трубка, заполненная порошком оксида алюминия, пропитанным спиртовым раствором индикатора бромкреозола. Изменение окраски служит указанием о необходимости сменить щелочной поглотитель.

Эффективность обезвреживания характеризуется данными таблицы.

Отходящие газы плазмохимического процесса, содержащие оксиды азота, оксид углерода, фтористый водород, фториды кремния и серы, оксифториды серы и углерода и озон, охлаждают, отделяют от пыли и последовательно пропускают через морденит в H-форме, активированный уголь, пропитанный раствором щелочи, и твердый щелочной поглотитель. 1 табл.

СПОСОБ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА, содержащих оксиды азота, оксид углерода, фтористый водород, фториды кремния и серы, оксифториды серы и углерода и озон, заключающийся в охлаждении газов, отделении от пыли с последующей очисткой от оксидов азота, оксида углерода, озона и фтористого водорода морденитом в Н-форме, от фторидов кремния и серы и оксифторидов серы и углерода активированным углем, пропитанным раствором щелочи, и от образующихся на предыдущей стадии очистки кислых газов твердым щелочным поглотителем.