Способ очистки отходящих газов от вредных примесей

 

Использование; обезвреживание отходящих газов вакуумных производств, содержащихфторорганическиеи элементрЬрУаничеСкие соединения. Сущность изобретения: очищаемые газы обрабатывают в плазме тлеющего разряда. Давление 5-SOO Па. Удельный подвод энергии 0,1-100 МДж/хг. Активированные в плазме отходящие газ ы сжигают. Продукты Сгорания улавливают в скруббере, орошаемом водой. Степень очистки от тетрафторэгилейа и продукт&в efo полимеризации, диэтйлтёллурида, тёТрЙметилолова, тетраэ- Тилсвинца и пентакарбонилжёлеза составляет 94-99%. 1 табл. v . -

09) () )) яз 801953 34 53 32 союз советских соци листических

РЕСПУБЛИК () /, госудАрстВенный комитет

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЪ|ТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) СПОСОБ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГА1 (21) 4870б04/26 (22) 02.10.90 .. - ":: .. : 30В ОТ, ВРЕДНЫХ ПРИМЕСЕЙ (46) 15.08.92. Бюл. N 30, . (57) Использование; обезвреживание отхо(71) Институт механики металлополимерньФ дящих газов вакуумных производств, содерСистем АН БССР жещих фторорганические и (72)АМ,Красовский, М.С.Семенюк и 1,Г,Ша- элементоорганические- соединения. Сущгас:, .:...... -.... кость изобретения: очищаемые тазы обра(56) Обезвре)кивание газовых выбросов в:. батывают в плазме тлеющего разряда, Давление 5 500 Па. Удельный подвод знерпроийбодстве фторопластов и полистирольных пластиков, Обзорная информация. сер. гии 0,1-100 МДжlкг. Активированные в йолимериэациойные пластмассы, М: НИИТЭХИМ, 1984, с.1-24. Авторское свидетельство СССР плазме. отходящие газы сжигают. Продукты сгорания улавливают в скруббере, орошаемом водой. Степень очистки от тетрафторэтилена и продуктов ецио полимеризации, М 600354. кл. F 23 6 7/06, 1976. диэтилтеллурида, те1рймЬтилолова, тетраэтилсвинца и йентакарбонилжелеза составляет 94-99;, 1 табл.. Способ относится к обезвреживаййю ные смесй с изменяю@имея во врЕмени со-. отходящих газов вакуумных производств,: ставом. содержащих фторооргэнические, а также ме- . Известно множество способов обезвреживания газовых выбросов а вакуумных таяло-и злементоорганические соединения,, Способ может быть использовано-в электронной промышленности в процессах, проводящихся в вакуумных установках, в ппроизводствах. Это такие, как абсорбция, вымораживание. Данные спосабы примен мы к газам, которые в основном не разбавлены инертными компонентами (азот, частности при производстве оптических ноуглекислый гаэ и т.п.). Вымораживанием сителей информации, - Регистрирующая среда носителей ин= трудно освободиться от ниаакмйящих гаформации может изготавливаться с испаль-: зов — оксида углерода, водорода, фреонов. зованйем плазмохимических реакций. Кроме того, при абсорбции происходит неВначале на стеклянную подложку нзносит- полное извлечейие газоа. .:., ея барьернмй слой, содержащий полижет- -: Наиболее близким к предлагаемому яврафторэтилен,а затем регистрирующий ляется способ; в котором, обезвреживание слой, который может состоять из теллура,:.. хлор-фторсодержащих отходов осуществляолова, железа и др. Чаще всего в качестве ется в замкнутом обьеме аппарата при выисходных веществ йспольэуется тетрафто-:, соких температурах в присутствии воздуха рзтилен, алкйлпроизводные, карбонилы,: и водяного пера. Продукты сгорания пропуацетонатызлементов. Крометого, наподго- :. скаются через.скуббер и сбрасываются в, -:; . азот, фреойы. Отходящими газами таких;.. - . Недостатком данного процесса являетпроизводств; таким образом, будут слож-, сямалая степень очистки от вредных соеди1754185 некий. Это связана, ва-первых, с тем, что металло- и элементаорганические соединения сгорают не полностью или являются негорючими, Особенно это относится к отходящим газам вакуумных установок, где пары металло- и элементооргаических соединений разбавлены аргоном, азотом, фреоном, продуктами разложения соединений.

Количество и ассортймейт этих примесей определены технологией и являются весьма разнообразными. -. - .

Цель изобретения — повйшейие степени очистки.

Поставленная цель достигается тем, что в способе обезвреживания отходящих газов вакуумнь1х производств, заключающемся в

inx сжигании и последующем улавливании продуктов сгорания в орошаемом водой скруббере. осуществляется предварительная обработка газов, содержащих элементаорганические или фторорганические соединения, в плазме тлеющего разряда при давлении 5 — 500 Па и при удельном подводе энергии 0,1-100 МДж/кг.

Предварительная обработка газоь в плазме тлеющего разряда способствует образованию олигомерав и металлополимерных частиц, содержащих в своем составе металлы. полупроводники„полимерные молекулы. К роме того, они насыщены свободными радикалами и содержат в своих компойентах непредельные связи. Эти термодинамические неустойчивые частицы подаются на сжигание и их сгорание происходит более полно и с большей скоростью, Значительная часть металла или полупроводника в условиях плазменного разряда оседает на стенках и тем самым облегчает улавливание продуктов сгорания, тэк как в них содержится меньше образующих дым оксидов металлов или полупроводников.

При давлении меньше 5 Па затруднены реакции между компонентами отходящих газов и эффект плазменной очистки весьма незначительный. Увеличение давления более 500 Па нецелесообразно, так как ведет к уменьшению эоны горения плазмы (образование плазменного шнура, свечение лишь вблизи электродов и др,) и, соответственно. снижению скорости реакции между компонентами. Оптимальные значения удельного подвода энергии 0,1-100 МДж/кг объясня ется тем, что при меньших значениях реакции между компонентами практически не протекают, а при больших — начинается процесс диссоциации олигомеров и металлополимерных частиц.

В зависимости от состава отходящих газов вакуумных производств, давления и других заданных величин для возбуждения f0

40 плазмы необходимо применение постоянного тока, тока низкой (50-60 Гц), высокой (1,76 — 40,68 МГц) и сверхвысокой (2,375 ГГц) частот. 1эк. дЛя осаждения теллура из отходящих газов достаточно постаяннага тока и тока низкой частоты, для осаждения свинца, железа необходимы токи высокой и сверхвысокой частоты. Кроме того, варьиравание частоты тока необходимо для регулиравания толщины и прочности осадка, осэждаемого в реакторе, Например, полученный при разряде низкой частоты металлополимер на основе политетрафторэтилена обладает хорошей адгезией и барочностью, при высокой — легко отслаивается.

На фиг,1 приведена схема устройства для обезвреживания отходящих газов вакуумных производств, на котором проводились испытания способа.

В ходе работы использовалэсь вакуумная установка ВУП-4К, снабженная высоковакуумным диффузионным масляным насосом 1 и фарвакуумным насосом 2: Нанесение регистрирующей среды производили на подложке под колпаком 3 установки известными способами. Подачу реагентов осуществляли с помощью натекателей (не показаны). Между диффузионным и форвакуумным насосами находился реактор 4 плэзмахимическаго обезвреживания, Узел

5сжигэния и скруббер 6 для улавливания продуктов сгорания водой были конструктивно объединены в одном корпусе 7 и находились нэ выходе форвэкуумного насоса

2, Нэ форсунку 8 подают пропэн, кислород и отходящие газы через плэмяатсекэтели 9, Скруббер 6, циркуляцианный насос 10, емкость 11 для воды соединены между собой трубами 12.

Использовались реакторы плазмохимическога обезвреживания двух типов. Один из них представлял собой трубчатый стеклянный реактор длиной 70 см, внутренним диаметром 7 см с концевым расположением электродов и имел продольный разрез, Второй, также трубчатый, был сделан из нержавеющей стали. Его длина составляла 60 см, внутренний диаметр 10 см и в нем возбуждался поперечный разрез. Одним иэ

50 электродов служил корпус реактора, другим — коаксиально расположенный внутри него стержень.

Устройство работает следующим образам, 55 Вначале включается форвакуумный насос 2 и па достижению давления менее

700 Па на выходе высакавакуумнага диффузионного насоса 1 включается ега обогрев.

К узлу 5 сжигания подается прапэн, кислород и отходящие газы из форвэкуумнога на1754185

1 соса 2 через пламяотсекатели 9 и их смесь его разложения — 118 а.е.м. (Sn ). тетраэподжигается на фарсунке 8. Затем на реак- тилсвинец и продукты его разложения — 207 тор 4 для плазмохимического абезврежива- а.е.м. (I b " ), пентакарбонил железа и прония подают электрическое напряжение до дукты его разложения — 83 а.е.м. (FeCO ). образования плазмы тлеющего разряда. По- 5 Эти характеристические пйки выбраны ввисле выхода высоковакууМЙого насоса . 1 на ду их значительной величины в масс-спектрежим — при этом под колпаком 3 вакуум рах соединений; в то время кэк составляет 0,01 — 0,1 Па — начинае ся нанесе- молекулярные ионы имели незначительный ние регистрирующей среды на подложки. В сигнал, Степень обеэвреживэнйя определяходе нанесения давление в реакторе 4 обез- 10 ли по состоянию высот соответствующих ха- вреживания составляет 2-600 Па(оптималь- рактеристических пикав соединений по ное для обезвреживания 5 — 500 Па). формуле

Удельный подвод энергии составляет 0,05- С =(1 — Н /Hp) х 100 %.

560 МДж/кг отходящего газа (оптимально где С вЂ” степень обезвреживания

0,1 — 100 МДж/кг). Активированные отхОдя- 15 Hpè Н1 — высота пика да и после очистки щие газы проходят через форвакуумный на- соответственно, сос2 и пламяотсекэтель 9 на форсунку8, где - Пример. Испытания способа осущесгорают при высокой температуре в прапан- ствляли на установке, скема которой привекислородном пламени. Продукты сгорания дена на чертеже, проходят через орошаемый водой скруббер 20 После включения форвакуумного насо. Орошение создается подачей воды из ем- са и по достижению на выходе масляного кости 11 циркуляционным насосом 10 через диффузионного насоса менее 700 Па вклюан трубы 12, Выходящие из скруббера газы чали его обогрев. Затем создавалось оро ализируются масс-спектрометром и че- ние скруббера подачей водного 5%-ного рез угольный адсорбер (не показаны) на- 25 раствора едко о натрэ, находящегося в емкости, с помощью циркуляционнога насоса, В ходе работы использовались тетраф- К узлу сжигания подавали прапан, кислород тарэтилен, полученный разложением по- и отходящие газй через пламяотсекатели. л итетрафтарэтилена .и ри 500 С, Количество подаваемого пропана составило диэтилтеллурид, тетраэтилсвинец, тетраме-- 30 0,2 г/мин, кислорода — 0,8 г/мин. Газовую тилолово и йвнтэкарбонил железа с массо- смесь поджигали на форсунке, К трубчатому вай долей основного вещества не менее реактору с коаксиальным расположением

95%; электродов и с алюминиевой вкладкой внутВ ходе опытов измерялась разноСть по - ри, находящемуся между диффузионным и тенциалов между электродами и проходя- 35 форвакуумным насосом, подводили пасто- щий ток, Произведение этих величин янное напряжейие, Разность потенциалов составляло мощность, расходуемую на составляла 1000 В, сила тока 20 мА, плазмохимическую обработку отходящих После достижения под вакуумным колпаком газов, Определение мощности, выделяемой давления 0,1 Па из ампулы через натекатель в плазме сверхвысокочастотными калеба- 40 подавали тетраметилолово со скоростью ниями, определялось косвенно по"нагреву 0,133 r/Mèí. Затем начали нанесение пореактора. Частное отделение мощности на крытия на подложку, при этом койверсия подачу отходящих газов составляло удель- тетрэметилолова составлялэ 10 g, т.е, в виный подвод энергии. - де покрытия оседало 0,0133 г/мин, а в отхоСтепень обезвреживания газов опреде- 45 дящие газы поступало О;12 г/мин. Давление лялась масс-спектрометрическим методом . в реакторе обезвреживания при этом сапа известной методике. Для этого к выход- ставляло 5 Па, удельный подво эн г ру е узла сжигания присоединялся 10 МДж/кг. Выходящие йз скруббера газы вход масс-спектрометра MX-7304. После (продукты сгорания) анализировали на этого установку приводили в-рабочий режим 50 масс-спектрометре, Выходящие в атмосфе(включали ВУП-4К, возбуждали плазму в ре- ру продукты сгараййя -йрапускали через коакторе обезвреживания, зажигали горелку) робку с активированным углем для и определяли количество выходящих йз узла извлечения остатка токсичных примесей. сжигания вредных соединений, Тетрафто- Результаты испытания способа приверэтилен и продукты его полимеризации on- 55 дены в таблице. ределяли по пику 60 э.е,м; (СЕз ). В примере 9 (запредельный) удельный

Диэтилтеллурид и теллурсадержэщие про- подвод энергии составил 500 МДж/кг и давдукты ега разложенйя. сходные по токсич-" ление в реакторе 2 Па, При это

1ЗО ри этом степень ности, определяли для изотопа Те по пику обезвреживания уменьшилась до 86 % вви30 a,å,ì. (Te+). Tåòðà÷å Tèëîëîaî è продукты ду значительного распыления осадившего1754185 и рототи и). мол ся металлополимера и малого давления в реакторе обезвреживания.

В примере 10 (запредельный} удельный подвод энергии сос авил 0,05 МДж/кг и давление 600 Па. Степень обезвреживания уменьшилась до 75 Д ввиду недостаточной зчергии для осаждения металлополимера и равномерности горения ввиду повышенного давления.

В примерах 11 и 12 устройства для сжигания и плазменного обезвреживания работалй по отдельности, 11ри этом степень обезвреживания уменьшилась до 60 (прототип) и 81,4 соответственно.

Без использования пла имическ

** Без использования узла сжигания, . Таким образом, изобретение позволяет повысить степень очистки газов до 94 — 997 против 60 О в известном способе, Формула изобретения

5 . Способ очистки отходящих газов от вредных примесей, включающий их сжигание и последующее улавливание продуктов сгорания в орошаемом водой скруббере, о — n и ч а ю шийся тем, что, с целью

10 повышения степени очистки, отходящие газы вакуумных производств, содержащие . злементоорганические и фторорганические соединения, перед сжиганием обрабатывают в плазме тлею",его разряда при давле15 нии 5 — 500 Па и при удельном подводе знергии, равном 0,1-100 МДж/кг, 1754185

Составитель M. Семенюк

Техред М.Моргентал . Корректор Н; СлобоДЖник

Редактор Э. Слиган

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2840 Тираж, . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5