半導體廢氣處理

       半導體廢氣處理技術應用
      

       依據這些廢氣的特性 ，在處理上采用水洗 、氧化／燃燒、吸附、解離、冷凝等方法。在半導體制造廠 ，依照系統廢氣排放可分為：一般排氣(GEX)、酸性排氣 (SEX)、堿性排氣 (AEX)和有機排氣 (VEX)。針對不 同污染 物，可采取 以下綜合處理方法。 

       1.一般排氣系統
       半導體廠一般排氣 (GEX)系統在運行中也稱為熱排氣系統 ，生產過程中一些設備局部會產生大量的熱或產生會對高潔凈度生產環境造成影響的含塵無害氣體。為了滿足半導體制程對環境溫濕度((22±1)℃，(45±5)％)和潔凈度的極高要求 ，可將此種廢氣通過風管系統進行收集，然后以風機抽取并排放。通過對部分設備熱排氣的潔凈度抽樣檢測發現，雖然一般排氣用于抽取設備的含塵排放 ，但由于一般排氣系統抽取的氣體直接來自潔凈室內，且設備含塵排放濃度很低 ，因此在總風管處檢測的結果仍為潔凈級別 。對設備排放點的溫度測量顯示 ，不同設備和排放點 熱排氣溫度差異較大最高超過 42℃，最低至 22℃，但總排放口的溫度測量卻并不超過 26℃，只略高于潔凈室溫度，仍屬于室溫范 圍。因此 GEX可以直接排放至大氣環境 ，不需做任何處理 ，為無害排放。

     2 .酸性、堿性廢氣處理系統
      對半導體制造中產生的酸性和堿性廢氣采用分別收集 、分別處理的方法 ，但處理設備和處理原理基本相同。對于含有 酸性／堿性物質的廢氣 ，半導體廠大都采用大型洗滌式中央廢氣處理系統進行處理 。由于半導體制造工作區域離中央廢氣處理系統距離較遠 ，因此部分酸性／堿性 廢氣在輸送至 中央廢氣處理系統前 ，常因氣體特性導致在管路中結晶或粉塵堆積 ，造成管路堵塞后導致氣體外泄 ，嚴重者甚至引發爆炸 ，危害現場工作人員的工作安全 。因此在工作區域需配置適合制程氣體特性的就地廢氣處理設備進行就地處理 ，之后再排人 中央處理系統，而一些特殊的廢氣，包括劇毒、自燃、易爆等廢氣則需要先通過干式洗滌塔等設備通過吸附或氧化／燃燒等方法就地處理 ，之后再排人中央廢氣處理系統 。  
       中央廢氣處理系統的核心設備是一種采用水洗式的洗滌塔 ，它的主要功能是通過控制洗滌塔 中水的酸堿度、電導度等參數，在廢氣與水交叉流過時使廢氣在洗滌塔中與水進行充分接觸，吸收其中的酸性或堿性物質。洗滌塔內安裝有填料床 ，用于增大廢氣與水 的接觸面積 ，延長接觸時間。填料床下面是循環水池，通過循環水泵使液體不停的循環。還設有 加藥泵、pH計用 于控制 pH值 ；液位計、電導度計用于排水和補水控制 ；壓差開關、壓力傳感器用于監控系統的運行情況。
       通過調整酸性排氣洗滌塔循環水的 pH值發現 ，淋洗塔內的物理吸收是一個不穩定的可逆，吸收水中的酸 ，并在淋洗過程中很容易再被脫附出來 。當 pH低于 7．6時 ，即使將循環水的電導度調至低于 5 mS／cm，系統的處理效率仍然不超過60％；而當pH值高于 8時，系統處理效率通常高于90％；當 pH值達到 10時，系統處理效率甚至超過 99％。因此控制 pH值是保證系統處理效率的關鍵參數 。雖然酸性排氣洗滌塔 ，pH值越高處理效率越好 ，但實際運行中pH過高會增加運行成本，并會產生結晶等問題，危及生產安全，因此pH值通?？刂圃?8～lO。同樣，對于堿性排氣洗滌塔 ，pH值通?？刂圃?3～6。
        在系統實際操作運行中發現 ，影響系統處理效率的另一個主要因素是循環水量的問題。洗滌塔在連續運轉一定時期后 (一般為 6個月)開始出現處理效率下降，即使調高 pH值也 收效甚微 ，原因在于洗滌塔循環水 中的鹽類 很容易在 噴嘴處形成結晶，造成堵塞 ，使循環水量下降，而水量不足使得廢氣和水不能充分接觸，因而影響系統的處理效率。因此運行 中要把洗滌塔循環水的電導度嚴格控制在 20 mS／cm 以下 ，減 少鹽類堵塞噴 嘴的情況 ，定期對噴嘴進行清理 ，對循環水泵和淋洗塔進行保養 ，將循環水壓力控制在 1．5×l0⁵ Pa以下 ，保證充足的循環水量。  
       3 .有機廢氣處理系統
       半導體制造過程中排放的含有有機成分的廢氣(voc)通常采用直接焚燒、活性炭吸附、生物氧化等方法進行處理 ，但低濃度大風量的有機廢氣直接焚燒會造成大量的燃料消耗和不必要的污染 ，只有較高濃度的有機廢氣才建議直接焚燒；活性碳吸附的方法 ，由于其材料特性，存在易燃燒、水分敏感度高、脫附后殘留負荷高等缺點 ，在半導體制造界基本不再使用 ；而生物氧化技術作為一種較新的處理技術還有待在處理大風量方面做進一步的研究和發展。半導體制造的有機廢氣排放特點是濃度較低 ，但排風量較大 ，因此必須考慮將有機廢氣濃縮后再進行焚燒處理。沸石濃縮轉輪系統和焚化爐焚化系統的組合可以很好地解決這一問題。
        沸石濃縮轉輪加焚化處理的系統處理原理 ，是將大風量低濃度有機廢氣轉換成小風量高濃度氣流 ，再將濃縮后的高濃度有機廢氣進行焚化處理，其主要優點是系統處理效率高 (95％)、操作簡單并且易清洗保養 。所選用的沸石為新型的疏水性沸石 ，從而避免水分對吸附材料的侵占，保證良好的吸附效果，而高品質的沸石必須 符合嚴格 的硅鋁比、純度 、結晶度、孔徑常數等要求。沸石轉輪對低濃度的 VOC有很好的吸附能力 ，吸附后的干凈空氣就可自然排放。
       處理流程 ：含有 VOC的廢氣通過系統排風機排放至 VOC處理系統 ，90％的廢氣通過沸石轉輪的吸附成為清潔空氣排放至大氣，10％的廢氣被加熱后進人脫附區，用于對已經吸附有 VOC成分的轉輪部分進行脫附 ，由于轉輪在不停地旋轉 ，使得吸附和脫附的過程在同時不間斷地進行。脫附后的高濃度VOC廢氣通過焚化爐風機被送入焚化爐進行焚燒處理。主要控制和運行參數包括轉輪轉速、脫附風量、脫附溫度、轉輪冷卻溫度、焚化爐溫度等。
       VOC處理系統 的主要運 行成本 來 自于焚化爐的燃料消耗 ，處理風量為 50000 m3／h的系統每年的天然氣費用超過百萬人民幣，因此如何在保證系統處理效率的前提下降低能源消耗是系統管理人員必須要考慮的問題。在 VOC處理系統所有的運行參數中，對處理效率和燃氣消耗影響最大的是脫附風量和焚化爐溫度。因此針對某 VOC處理系統的脫附風量和焚化爐溫度進行了實驗性調整和效率測試。
       數據證明，脫附風量和焚化爐的運行溫度確實是影響系統處理效率和能耗的最主要的因素 ，
      焚化溫度越高，脫附風量越大 ，則處理效率越高 ，但能耗也同時升高。通過測試數據對比，可以確認焚化爐溫度的合理控制范圍為 700—730℃，如果溫度繼續下降，焚化爐出口的測值就開始有 明顯上升，如果溫度繼續升高則燃料消耗增加。由于系統排氣風量的變化和壓力的變化等因素 ，比較難確定精確的最佳脫附風量值，但通過實驗數據總結，脫附風量控制在系統排氣 總量的 9．5％ ～10％這樣一個合理的范圍內，就能夠做到既節省能耗又保證 系統處理效率 ，既經濟又安全地運行 VOC處理系統。