减排设备及方法与流程

本发明的领域涉及减排(abatement)设备和方法。

背景技术：

1、用于进行减排的减排设备是已知的并且通常用于处理来自例如半导体或平板显示器制造工业中所用的制造加工工具的排出气体物流(effluent gas stream)。在这样的制造过程中，从加工工具泵送的排出气体物流中存在残留的全氟化合物(pfc)和其他化合物。pfc难以从排出气体中去除，并且由于已知它们具有相对较高的温室活性，因此将它们释放到环境中是不合意的。

2、已知的减排设备利用燃烧从排出气体物流中去除pfc和其他化合物。此类其他化合物可以包括但不限于硅烷(sih4)、一氧化二氮(n2o)或nf3。通常，排出气体物流是含有上述工艺气体的氮气物流。通常将燃料气与排出气体物流混合，并将该气体物流混合物输送到由有孔气体燃烧器(foraminous gasburner)的出口表面横向包围的燃烧室中。将燃料气和空气同时供应到有孔燃烧器，以实现在出口表面处的无焰燃烧，通过有孔燃烧器的空气量不仅要足够消耗供应到燃烧器的燃料气，还要足够消耗注射到燃烧室中的气体物流混合物中的所有可燃物。电加热和等离子体减排设备也是已知的，并且以类似的方式操作。

3、尽管存在用于处理排出气体物流的技术，但它们各自具有它们自身的缺点。因此，期望提供一种改进的用于处理排出气体物流的技术。

技术实现思路

1、根据第一方面，提供了一种用于对来自半导体加工工具的排出物流进行减排的减排设备，包括：减排室，所述减排室配置成接收排出物流并提供经减排的排出物流；位于减排室下游的湿式洗涤器，所述湿式洗涤器配置成接收经减排的排出物流并提供经洗涤的排出物流；以及位于湿式洗涤器下游的催化剂床，所述催化剂床配置成接收经洗涤的排出物流并提供经清除(remediated)的排出物流。

2、第一方面认识到，现有设备的问题在于，在减排室内很难达到所需的条件以将排出物流中的化合物和/或任何减排副产物减排到可以从减排设备中排出的水平。此外，pfc和其他化合物的组成可能不会在排出气体中保持恒定水平，这可能会进一步增加提供成功清除的排出物流的挑战。

3、因此，提供了一种减排设备。该减排设备可以用于对排出物流进行减排。所述排出物流可来自半导体加工工具。减排设备可以包括减排室。减排室可以配置或布置成接收排出物流。减排室可以配置或布置成对排出物流进行减排，以提供经减排的排出物流。减排设备可以包括湿式洗涤器。湿式洗涤器可以位于或置于减排室的下游。湿式洗涤器可以配置或适配成接收经减排的排出物流。湿式洗涤器可以洗涤经减排的排出物流，并提供经洗涤的排出物流。减排设备可以包括催化剂床。催化剂床可以位于或置于湿式洗涤器的下游。催化剂床可以配置或布置成接收经洗涤的排出物流。催化剂床可以支持对经洗涤的排出物流的催化反应，并提供经清除的排出物流。经清除的排出物流可包含通过与催化剂床的催化反应从经洗涤的排出物流中去除的化合物。以这种方式，存在于经减排的排出物流中的不合意的化合物(这些化合物的存在要么是因为它们已经存在于排出物流中，并且未被减排室充分减排，要么是因为它们是减排室内产生的减排副产物或减排反应物)可以在被减排设备排放之前通过催化剂床清除、去除或降低其浓度。这有助于通过去除化合物来改进减排设备的性能，否则单独使用减排室来去除这些化合物可能很困难或能耗很高。

4、减排室可以配置成提供经减排的排出物流，其包含至少一种燃烧副产物和至少一种碳氢化合物中的至少一种，催化剂床可以配置成降低经清除的排出物流中存在的至少一种燃烧副产物和至少一种碳氢化合物中的至少一种的浓度。因此，燃烧或减排副产物和/或碳氢化合物可以使用催化剂床进行清除、去除或降低其浓度。

5、减排室可以配置成向经减排的排出物流提供浓度高于阈值量的至少一种燃烧副产物和至少一种碳氢化合物中的至少一种，催化剂床可以配置成将经清除的排出物流中存在的至少一种燃烧副产物和至少一种碳氢化合物中的至少一种的浓度降低到低于阈值量。因此，催化剂床可以将燃烧副产物或碳氢化合物的浓度降低到通常低于环境可接受的阈值量。

6、减排室可以配置成在低于向经减排的排出物流提供浓度低于阈值量的至少一种燃烧副产物和至少一种碳氢化合物中的至少一种的温度下，向经减排的排出物流提供浓度高于阈值量的至少一种燃烧副产物和至少一种碳氢化合物中的至少一种。因此，减排室可以在比其原本需要在该温度下操作以便提供浓度低于阈值量的燃烧副产物和/或碳氢化合物的温度更低的温度下操作。换句话说，可以在较低的温度下操作减排室，这会导致燃烧副产物或碳氢化合物的浓度增加，但随后可以通过催化剂床对燃烧副产物或碳氢化合物进行清除。这有助于降低减排设备的整体能耗。

7、减排室可以配置成向经减排的排出物流提供各自处于初始浓度的多种燃烧副产物和多种碳氢化合物中的至少一种，催化剂床可以配置成对经洗涤的排出物流进行多种催化反应，并向经清除的排出物流提供各自处于低于初始浓度的多种燃烧副产物和多种碳氢化合物中的至少一种。因此，可以提供多种不同的催化剂，其各自可以对一种或多种相关的燃烧副产物和/或碳氢化合物进行催化反应，以降低其浓度。

8、催化剂床可以包括至少一种催化材料，用于以下中的至少一种：n2o的直接分解；nox的还原和/或分解；以及co和碳氢化合物中的至少一种的氧化。

9、催化剂床可以包括催化材料，所述催化材料包括以下中的至少一种：金属氧化物材料、金属氧化物和载体上的贵金属。

10、载体可以包括钛氧化物、铝氧化物、锆氧化物和硅基氧化物中的至少一种。此类实例包括二氧化硅、硅沸石、铝硅酸盐、二氧化钛、氧化锆、氧化铝和沸石。

11、贵金属可以包括至少一种铂族金属。

12、铂族金属可以包括铂、钯、铑、铱、钌和锇中的至少一种。

13、虽然减排室可以配置成产生反应副产物，例如如上所述的co，但这些反应副产物可以使用用于co的催化剂来清除。此类催化剂的实例包括例如以下中的至少一种：霍加拉特(hopcalite)(铜锰尖晶石)、铜酸镧和如上所述的载体上的贵金属。

14、用于直接分解n2o和氧化co中的至少一种的催化材料可以包括以下中的至少一种：霍加拉特(铜锰尖晶石)；铜酸镧；浸渍到传统载体(如氧化铝、二氧化硅、二氧化钛)和/或沸石载体(如zsm5、bea、镁碱沸石和/或丝光沸石)上的铁、钴、镍、锰、钯、铂、铟和/或银；也可以使用还含有碱金属和/或碱土金属的复合铜、锌和/或铝催化剂。

15、用于直接还原或分解nox的催化材料可以包括以下中的至少一种：cu-zsm-5、载体材料如氧化铝和/或二氧化硅上的贵金属催化剂和/或金属有机骨架类型的催化剂。

16、用于氧化co和碳氢化合物中的至少一种的催化材料包括以下中的至少一种：在合适的沸石载体和/或其他载体(包括硅基氧化物、锆基氧化物、铝基氧化物和/或钛基氧化物中的至少一种)上的银、铂、钯、铑、铱、钌和/或锇；沸石型载体，如zsm5、bea、镁碱沸石和/或丝光沸石，其中金属例如钴、镍、锰、钯、铟和/或银可以浸渍到此类沸石载体上；以及掺杂钼基氧化物、铌基氧化物和/或钨基氧化物并进一步掺杂碱金属、碱土金属和/或钡的材料。

17、以上述方式操作减排室以增加反应副产物如co或碳氢化合物的浓度也可能是有利的。然后，这些可以在催化剂床上反应产生co2和/或可以在催化剂床上与nox进一步反应产生氮气。人们认识到，此类催化技术的缺点与其在来源于经洗涤的排出物的水蒸气和不同浓度的燃烧副产物(如co2、o2以及经洗涤的排出物流中的其他化合物，这些化合物也可能存在于原始排出物流中)存在的情况下也可操作的能力有关。适用于co、碳氢化合物和/或nox的催化剂实例包括以下中的至少一种：在合适的沸石载体或其他载体(包括硅基氧化物、锆基氧化物、铝基氧化物或钛基氧化物中的至少一种)上的银、铂、钯、铑、铱、钌和/或锇。可替代地使用包含沸石型载体(如zsm5、bea、镁碱沸石或丝光沸石)的催化剂，其中金属如钴、镍、铁、锰、钯、铟或银可以浸渍到此类沸石载体上。催化材料还可以掺杂钼基氧化物、铌基氧化物或钨基氧化物并进一步掺杂碱金属或碱土金属。

18、催化剂床可以包括多种催化材料。

19、用于氧化co和碳氢化合物中的至少一种(以降低其浓度)的催化材料可以位于用于直接分解n2o的催化材料的上游和下游之一。用于降低co和/或碳氢化合物浓度的催化材料通常可能需要在比用于分解n2o的催化材料更低的温度下操作。通过将一者定位在另一者的下游，这有助于确保上游催化材料引起的任何放热反应有助于加热任何下游催化材料。在一些实施方案中，碳氢化合物/co催化剂将会在n2o催化剂之前，因为否则n2o催化剂可能会消耗促进nox还原或分解所需的co或碳氢化合物。此外，碳氢化合物/co催化剂可以在nox存在下产生n2o，然后用下游n2o催化剂将其去除。这也减少了n2o催化剂由于nox而中毒的机会，nox通过使用在前的催化剂与碳氢化合物和/或co反应而去除。在其他实施方案中，将n2o催化剂置于碳氢化合物催化剂的上游可能是有利的，使得n2o不会消耗燃烧副产物和/或碳氢化合物，否则这些副产物和/或碳氢化合物将在下游催化剂床上进一步清除nox。

20、减排室可以配置成增加至少一种燃烧副产物和至少一种碳氢化合物中的至少一种的浓度，以引起放热催化反应的增加，从而提高催化剂床的操作温度。因此，催化反应的温度可以简单地通过改变减排室内的减排条件来控制，这避免了需要单独的加热装置来加热催化剂床。

21、减排室可以配置成增加co和碳氢化合物中的至少一种的浓度，以引起放热催化反应的增加，从而提高催化剂床的操作温度。

22、减排室可以配置成暂时增加至少一种燃烧副产物和至少一种碳氢化合物中的至少一种的浓度，以引起放热催化反应的增加，从而提高催化剂床的操作温度。

23、减排室可以配置成依序增加多种燃烧副产物和多种碳氢化合物中的至少一种的浓度，以引起放热催化反应序列的速率增加。

24、减排室可以配置成依序增加co、然后是碳氢化合物、然后是n2o中的一种或多种的浓度，以引起放热催化反应序列的速率增加。

25、催化剂床可以包括热交换器，其配置成在将排出物流提供给减排室之前对其进行预热。预热排出物流有助于再循环热量并降低减排设备的整体能耗。

26、根据第二方面，提供了一种对来自半导体加工工具的排出物流进行减排的方法，包括：接收排出物流，用减排室对所述排出物流进行减排，并提供经减排的排出物流；接收经减排的排出物流，用湿式洗涤器洗涤经减排的排出物流，并提供经洗涤的排出物流；以及接收经洗涤的排出物流，用位于所述湿式洗涤器下游的催化剂床清除经洗涤的排出物流，并提供经清除的排出物流。

27、该方法可以包括控制减排室以提供包含至少一种燃烧副产物和至少一种碳氢化合物中的至少一种的经减排的排出物流，并配置催化剂床以降低经清除的排出物流中存在的至少一种燃烧副产物和至少一种碳氢化合物中的至少一种的浓度。

28、该方法可以包括控制减排室以向经减排的排出物流提供浓度高于阈值量的至少一种燃烧副产物和至少一种碳氢化合物中的至少一种，并配置催化剂床，以将经清除的排出物流中存在的至少一种燃烧副产物和至少一种碳氢化合物中的至少一种的浓度降低到低于阈值量。

29、该方法可以包括控制减排室以在低于向经减排的排出物流提供浓度低于阈值量的至少一种燃烧副产物和至少一种碳氢化合物中的至少一种的温度下，向经减排的排出物流提供浓度高于阈值量的至少一种燃烧副产物和至少一种碳氢化合物中的至少一种。

30、该方法可以包括控制减排室以向经减排的排出物流提供各自处于初始浓度的多种燃烧副产物和多种碳氢化合物中的至少一种，并配置催化剂床，以对经洗涤的排出物流进行多种催化反应，并向经清除的排出物流提供各自处于低于初始浓度的多种燃烧副产物和多种碳氢化合物中的至少一种。

31、催化剂床可以包括至少一种催化材料，用于以下中的至少一种：n2o的直接分解；nox的还原或分解；以及co和碳氢化合物中的至少一种的氧化。

32、催化剂床可以包括催化材料，所述催化材料包括以下中的至少一种：金属氧化物材料、金属氧化物和载体上的贵金属。

33、载体可以包括钛氧化物、铝氧化物、锆氧化物和硅基氧化物中的至少一种。此类实例包括二氧化硅、硅沸石、铝硅酸盐、二氧化钛、氧化锆、氧化铝和沸石。

34、贵金属可以包括至少一种铂族金属。

35、铂族金属可以包括铂、钯、铑、铱、钌和锇中的至少一种。

36、虽然减排室可以配置成产生反应副产物，例如如上所述的co，但这些反应副产物可以使用用于co的催化剂来清除。此类催化剂的实例包括例如以下中的至少一种：霍加拉特(铜锰尖晶石)、铜酸镧或/和如上所述的载体上的贵金属。

37、用于直接分解n2o和氧化co中的至少一种的催化材料可以包括以下中的至少一种：霍加拉特(铜锰尖晶石)；铜酸镧；浸渍到传统载体(如氧化铝、二氧化硅、或二氧化钛)或沸石载体(如zsm5、bea、镁碱沸石或丝光沸石)上的铁、钴、镍、锰、钯、铂、铟或银；也可以使用还含有碱金属或碱土金属的复合铜、锌、铝催化剂。

38、用于直接还原或分解nox的催化材料可以包括以下中的至少一种：cu-zsm5、载体材料例如氧化铝或二氧化硅上的贵金属催化剂、或金属有机骨架类型的催化剂。

39、用于氧化co和碳氢化合物中的至少一种的催化材料包括以下中的至少一种：在合适的沸石载体和/或其他载体(包括硅基氧化物、锆基氧化物、铝基氧化物和/或钛基氧化物中的至少一种)上的银、铂、钯、铑、铱、钌和/或锇；沸石型载体，例如zsm5、bea、镁碱沸石和/或丝光沸石，其中金属例如钴、镍、锰、钯、铟和/或银可以浸渍到此类沸石载体上；以及掺杂钼基氧化物、铌基氧化物和/或钨基氧化物并进一步掺杂碱金属、碱土金属和/或钡的材料。

40、以上述方式操作减排室以增加反应副产物如co或碳氢化合物的浓度也可能是有利的。然后，这些可以在催化剂床上反应产生co2和/或可以在催化剂床上与nox进一步反应产生氮气。人们认识到，此类催化技术的缺点与其在来源于经洗涤的排出物的水蒸气和不同浓度的燃烧副产物(如co2、o2以及经洗涤的排出物流中的其他化合物，这些化合物也可能存在于原始排出物流中)存在的情况下也可操作的能力有关。适用于co、碳氢化合物和/或nox的催化剂实例包括以下中的至少一种：在合适的沸石载体或其他载体(包括硅基氧化物、锆基氧化物、铝基氧化物或钛基氧化物中的至少一种)上的银、铂、钯、铑、铱、钌和/或锇。可替代地使用包含沸石型载体如zsm5、bea、镁碱沸石和/或丝光沸石的催化剂，其中金属例如钴、镍、铁、锰、钯、铟和/或银可以浸渍到此类沸石载体上。催化材料还可以掺杂钼基氧化物、铌基氧化物和/或钨基氧化物，并进一步掺杂碱金属和/或碱土金属。

41、催化剂床可以包括多种催化材料。

42、该方法可以包括配置催化剂床，使得用于减少co和碳氢化合物中的至少一种的催化材料位于用于直接分解n2o的催化材料的上游和下游之一。

43、用于氧化或分解co和/或碳氢化合物的催化材料通常可能需要在比用于分解n2o的催化材料更低的温度下操作。通过将一者定位在另一者的下游，这有助于确保上游催化材料引起的任何放热反应有助于加热任何下游催化材料。在一些实施方案中，碳氢化合物/co催化剂将会在n2o催化剂之前，因为否则n2o催化剂可能会消耗促进nox还原或分解所需的co或碳氢化合物。此外，碳氢化合物/co催化剂可以在nox存在下产生n2o，然后用下游n2o催化剂将其去除。这也减少了n2o催化剂由于nox而中毒的机会，nox通过使用在前的催化剂与碳氢化合物和/或co反应而去除。在其他实施方案中，将n2o催化剂置于碳氢化合物催化剂的上游可能是有利的，使得n2o不会消耗燃烧副产物和/或碳氢化合物，否则这些副产物和/或碳氢化合物将在下游催化剂床上进一步清除nox。

44、该方法可以包括控制减排室以增加至少一种燃烧副产物和至少一种碳氢化合物中的至少一种的浓度，以引起放热催化反应的增加，从而提高催化剂床的操作温度。

45、该方法可以包括控制减排室以增加co和碳氢化合物中的至少一种的浓度，以引起放热催化反应的增加，从而提高催化剂床的操作温度。

46、该方法可以包括控制减排室以暂时增加至少一种燃烧副产物和至少一种碳氢化合物中的至少一种的浓度，以引起放热催化反应的增加，从而提高催化剂床的操作温度。

47、该方法可以包括控制减排室以依序增加多种燃烧副产物和多种碳氢化合物中的至少一种的浓度，以引起放热催化反应序列的速率增加。

48、该方法可以包括控制减排室以依序增加co、然后是碳氢化合物、然后是n2o中的一种或多种的浓度，以引起放热催化反应序列的速率增加。

49、该方法可以包括为催化剂床提供热交换器，并在将排出物流提供给减排室之前用热交换器对其进行预热。

50、在所附的独立权利要求和从属权利要求中阐述了进一步的具体和优选方面。从属权利要求的特征可以适当地与独立权利要求的特征组合，并且可以进行除权利要求中明确阐述的组合以外的组合。

51、当设备特征被描述为可操作以提供功能时，应理解的是，这包括提供该功能或者适配或配置成提供该功能的设备特征。