一种电子特气废气处理系统的制作方法

1.本发明涉及电子特气领域，尤其涉及到一种电子特气废气处理系统。


背景技术：

2.电子特气被广泛应用于半导体、芯片等高端行业，具有很高的经济价值，所以近年来电子特气行业的发展引人注目。电子特气使用的原料多为危险气体，使用后会产生废气，废气的构成为：氢气5-50％；硅烷20-80％；氨气20％-80％。在工业生产或者研发实验中，人们对于电子特气废气往往采用直接排放的处理方式，但是直接排放电子特气废气不仅会对环境造成极大的破坏，还可能引发严重的安全事故。


技术实现要素：

3.本发明解决的技术问题是如何实现电子特气废气无害化分解。
4.为了解决上述问题，本发明提供了一种电子特气废气处理系统，包括：
5.废气输送管道；
6.预热器，用于预热废气，所述预热器包括热介质进口、热介质出口、冷介质进口和冷介质出口，所述废气输送管道与所述冷介质进口连接；
7.催化反应器，所述催化反应器包括加热腔室和催化分解室，所述加热腔室用于分解硅烷，所述催化分解室用于分解氨气，所述催化反应器的进气口与所述冷介质出口连接；
8.氧化器，用于氢气燃烧，所述氧化器的出气口与所述热介质进口连接，所述氧化器的进气口设有燃烧器，所述燃烧器与所述催化反应器的出气口连接。
9.由于废气中的硅烷需要在高温条件下才可分解，以及氨气的催化分解也属于吸热反应，所以在预热器中，将废气作为冷介质，氢气燃烧产生的高温水蒸气作为热介质进行换热，废气预热升温至接近硅烷分解的温度，可以缩短后续在催化反应器中的加热时间，大大降低了废气处理的能耗。
10.优选的是，所述催化反应器包括保温层，所述加热腔室设置在所述保温层内，所述加热腔室内设有分隔壳体，所述分隔壳体内形成所述催化分解室，所述催化反应器的进气口与所述加热腔室连接，所述分隔壳体的底部具有气体通道，所述加热腔室底部设有集灰室。保温层可以阻止热能散失从而保证加热腔室的加热效果，废气进入加热腔室中分解硅烷，分解产生的硅灰落入集灰室，剩余气体经分隔壳体底部的气体通道进入催化分解室进行氨气的催化分解。
11.优选的是，加热腔室内设有电加热丝。
12.优选的是，催化分解室内设有ni催化剂。
13.由于废气进入加热腔室，气体流通管道变宽，可以有效降低废气流速，使得废气可以在加热腔室中充分加热分解，低流速的废气在催化分解室中与ni催化剂充分接触可以提高催化分解效率。
14.优选的是，催化反应器的出气口和所述燃烧器的连接管道上设有精密过滤器。精
密过滤器可以过滤气流带出的硅灰，防止燃烧器和氧化器积灰堵塞。
15.优选的是，所述氧化器包括保温壳，所述保温壳内形成氧化室，所述燃烧器与氧气管道连接。设计保温壳可以防止氢气燃烧产生的热能流失，起到很好的保温效果，氧化室提供充足的空间缓解气体因高温膨胀而产生的压力。氧气管道为分解产物氢气提供了氧气条件，使氢气能充分燃烧。
16.优选的是，所述预热器为套管式热交换器，所述预热器包括壳体和设置在所述壳体内的列管，所述热介质进口和所述热介质出口与所述壳体连接，所述冷介质进口和所述冷介质出口与所述列管连接，所述壳体下方设有泄灰口。套管式热交换器可减少热能散失，更好实现冷介质和热介质的换热效果。
17.优选的是，所述废气输送管道上设有缓冲罐和阻火器，所述阻火器位于所述缓冲罐的下游。缓冲罐的设计可以有效控制废气输送的流量和压强，阻火器的设计可以防止因气体倒流引发的安全事故。
18.优选的是，还包括第一氮气管道和第二氮气管道，所述第一氮气管道连接所述废气输送管道，所述第二氮气管道连接所述热介质进口。第一氮气管道和第二氮气管道可以用于定期对管道进行反向吹扫，防止硅灰堵塞管道影响系统运行。
19.优选的是，还包括压缩空气管道和负压吸引器，所述压缩空气管道和所述热介质出口与所述负压吸引器连接。换热完成的热气体与压缩空气混合可以快速冷却降温，从而达到气体的排放标准，负压吸引器可以保证系统中的气流方向，并提供氧化室的负压状态，确保气流顺利排出系统。
20.本发明的有益效果是：本发明提供的电子特气行业废气处理系统可以通过加热分解和催化分解实现电子特气废气的无害化处理，高效利用分解产物燃烧产生的热能来预热废气，从而节约加热能耗，具有低成本、安全、高效和操作简单等优点。
附图说明
21.图1为本发明具体实施例提供的电子特气废气处理系统的结构示意图；
22.图2为本发明具体实施例提供的电子特气废气处理的工艺流程图；
23.附图标记说明：
24.1-废气输送管道，2-预热器，3-催化反应器，4-氧化器，5-负压吸引器，6-燃烧器，7-第一氮气管道，8-第二氮气管道，9-加热腔室，10-催化分解室，11-第一温度计，12-第二温度计，13-精密过滤器，14-集灰室，15-气体通道，16-氧化室，17-泄灰口，18-氧气管道，19-压缩空气管道，20-缓冲罐，21-第一球阀，22-第二球阀，23-第三球阀，24-第四球阀，25-第一带球阀压力表，26-第二带球阀压力表，27-第一常关电磁阀，28-第二常关电磁阀，29-第三常关电磁阀，30-第四常关电磁阀，31-第五常关电磁阀，32-第一单向阀，33-第二单向阀，34-第一减压阀，35-第二减压阀，36-第三减压阀，37-第四减压阀，38-阻火器，39-第一流量调节阀，40-第二流量调节阀，41-保温壳，42-保温层。
具体实施方式
25.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是
本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
26.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.应注意到：相似的标记和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
28.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
29.结合图1和图2所示，本发明实施例提供一种电子特气废气处理系统，该系统主要用于电子特气废气的无害化处理，主要包括：废气输送管道1、预热器2、催化反应器3、氧化器4、第一氮气管道7、第二氮气管道8、氧气管道18和压缩空气管道19。
30.废气输送管道1连接至预热器2的冷介质进口，废气输送管道1上从废气源端至预热器2端依次设有第一球阀21、第一带球阀压力表25、第一常关电磁阀27、第一单向阀32、第二单向阀33、缓冲罐20、第一减压阀34、阻火器38和第二带球阀压力表26，第二减压阀35以并联方式一端连接在第一单向阀32和第二单向阀33之间，另一端连接在第一减压阀34和阻火器38之间，缓冲罐20顶部还设有低压开关。阻火器38的设计可以防止废气倒流引发安全事故，设计缓冲罐20、球阀和减压阀有助于控制废气的流量和压强。
31.预热器2包括冷介质进口、冷介质出口、热介质进口、热介质出口。预热器2冷介质进口连接废气输送管道1，冷介质出口连接催化反应器3的进气口，热介质出口连接压缩空气管道19与负压吸引器5。预热器2还包括连接冷介质进口和冷介质出口的壳体，以及壳体内设置的蛇形列管，壳体下方设有泄灰口17，列管两端分别连接热介质进口和热介质出口，预热器2的冷介质为废气，热介质为分解产物氢气燃烧生成的高温水蒸气，通过冷介质和热介质的换热完成对废气的预热处理，使废气温度接近硅烷分解温度，减少后续在催化反应器3的加热时间，节约处理成本。
32.催化反应器3包括保温层42、加热腔室9和催化分解室10，加热腔室9和催化分解室10以分隔壳体隔开，加热腔室9内设有电加热丝，用于补给热能，使废气温度上升至硅烷分解温度，加热腔室9底部设有集灰室14，还设有第一温度计11；催化分解室10内设有ni催化剂，底部还设有孔状气体通道15接通加热腔室9，保温层42用于减少加热腔室9的热能流失，保证加热效果；集灰室14可以收集硅烷高温分解产生的硅灰，保持催化反应器3的整洁，防止积灰堵塞；由于废气进入催化反应器3后气流通道变宽，所以废气流速下降，低速废气流可以在加热腔室9中充分加热分解，在催化分解室10中废气也可以充分接触ni催化剂提高催化分解效率。
33.氧化器4包括保温壳41，保温壳41内形成氧化室16，氧化器4的进气口处设有燃烧器6，燃烧器6与氧气管道18连接，氧化室16设有第二温度计12，燃烧器6还与催化反应器3的
出气口连接，氧化器4的出气口与预热器2的热介质进口连接。设计保温壳41可以防止氢气燃烧产生的热能流失，起到很好的保温效果，氧化室16提供充足的空间缓解气体因高温膨胀而产生的压力。氧气管道18为分解产物氢气提供了氧气条件，使氢气能充分燃烧，氧化器4出气口与预热器2的热介质进口直接连接可以减少热能的损失，从而保证预热效果。
34.压缩空气管道19上还设有第四球阀24；压缩空气经第四球阀24调节流速后通过压缩空气管道19被输送至预热器2的热介质出口处与换热完成的产物气体混合，产物气体与压缩空气混合冷却后达到排放标准，随即通过负压吸引器5排放到外界。
35.氧气管道18上从氧源端至氧化器4的燃烧器6端依次设有第三球阀23、第五常关电磁阀31、第四减压阀37和第二流量调节阀40，氧气管道18与其他废气处理运转管道同步启用，为分解产物氢气提供燃烧条件。
36.氮气管道包括第二球阀22、第一氮气管道7、第二氮气管道8，氮气经第二球阀22调节流量后分流至第一氮气管道7和第二氮气管道8；第一氮气管道7连接至废气输送管道1上的第一单向阀32和第二单向阀33之间，第一氮气管道7上从第二球阀22端至废气输送管道1端依次设有第二常关电磁阀28、第三常关电磁阀29，第三常关电磁阀29上还与第一流量调节阀39并联连接；第二氮气管道8连接到预热器2热介质进口处，第二氮气管道8上从第二球阀22端至预热器2端依次设有第四常关电磁阀30和第三减压阀36。
37.以下结合具体实施例对本发明进行进一步说明。
38.废气进入废气输送管道1依次流经第一球阀21、第一带球阀压力表25、第一常关电磁阀27和第一单向阀32后分流，分别流经第二减压阀35、第二单向阀33和缓冲罐20与第一减压阀34后再汇流，汇流的废气流经阻火器38和第二带球阀压力表26后进入预热器2的冷介质进口处；
39.废气通过冷介质进口进入预热器2的列管中与热介质进行换热，废气温度升高后经冷介质出口流入催化反应器3的进气口，此时废气温度已接近硅烷分解温度；
40.预热好的废气经催化反应器3的进气口进入加热腔室9后，气流通道变宽，所以废气流速下降，加热腔室9内设有的电加热丝对废气进行充分加热，使废气温度上升至硅烷的分解温度，此时硅烷分解为硅灰和氢气，硅灰落入加热腔室9底部的集灰室14中，氢气和剩余废气通过分隔壳体底部的气体通道15进入催化分解室10中，催化分解室10设置有ni催化剂，废气中的氨气与ni催化剂充分接触然后分解为氮气和氢气，分解产物气体经催化反应器3的出气口输送至精密过滤器13中，在精密过滤器13中过滤气流带出的硅灰，以防硅灰堵塞燃烧器6；催化反应器3还设有第一温度计11方便实时观察加热腔室9的气体温度；
41.过滤好的分解产物气体进入氧化器4进气口处的燃烧器6中，氧气也通过氧气管道18流经第三球阀23、第五常关电磁阀31、第四减压阀37和第二流量调节阀40输送至燃烧器6处，分解产物中的氢气与氧气在燃烧器6中混合燃烧，生成大量高温水蒸气，水蒸气高温膨胀的压力在氧化室16中得到缓解，高温水蒸气和氮气经氧化器4的出气口进入预热器2；
42.高温水蒸气与氮气被输送至预热器2的壳体中与废气冷介质进行换热，换热结束的水蒸气与氮气被输送至预热器2的热介质出口处与压缩空气混合冷却，冷却后的气体经负压吸引器5排出外界。负压吸引器5可以防止高温气体倒流，压缩空气与高温气体充分混合可以冷却高温气体，使其达到排放标准。
43.废气处理系统停止运转时，可以定期对管道进行氮气吹扫清洁，氮气管道的具体
实施为：
44.关闭第二氮气管道8时，氮气通过第一氮气管道7被输送至废气输送管道1中，氮气经废气输送管道1进入预热器2的冷介质入口，完成对预热器2的列管的吹扫，然后氮气继续被输送至催化反应器3的进气口，氮气先对加热腔室9进行吹扫，吹扫的硅灰掉落至集灰室14中，氮气通过分隔壳体底部的气体通道15进入催化分解室10，再经由催化分解室10顶部连接的催化反应器3出气口进入精密过滤器13中过滤气流中的硅灰，过滤结束的氮气被输送至氧化器4中，氮气依次吹扫氧化器4中的燃烧器6和氧化室16后通过预热器2的热介质进口进入预热器2中吹扫壳体，吹扫的硅灰落入壳体下方的泄灰口17中，然后氮气从预热器2的热介质出口流出，再经负压吸引器5排出外界；
45.关闭第一氮气管道7时，氮气通过第二氮气管道8被输送至预热器2的热介质进口处，氮气进入预热器2的壳体中进行吹扫，吹扫的硅灰落入壳体下方的泄灰口17中。氮气管道的设计是为了吹扫系统管路中的硅灰，因此需要在停止废气进气以及切断加热腔室9表面的电加热丝电源后，再运行氮气管道，氮气管道可以有效防止硅灰堆积堵塞影响废气处理系统的使用。
46.虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。