DE-102024132019-A1 - Verfahren zur Behandlung von Abgasbestandteilen und Abgasbehandlungssystem

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren 100 zur Behandlung von Bestandteilen eines Abgases 1. Das Verfahren 100 weist auf: S2 Erzeugen von oberflächenaktiven dielektrisch behinderten Entladungen 2, nachfolgend als S-DBD bezeichnet, S4 Inkontaktbringen des Abgases 1 mit den erzeugten S-DBD 2, und S5 Umsetzen von halogenhaltigen Abgasbestandteilen zu Reaktionsprodukten 3 mittels der S-DBD 2. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Abgasbehandlungssystem 6 zur Behandlung von Bestandteilen eines Abgases 1, eine Prozessanlage 15 und ein Verfahren zur Herstellung eines Abgasbehandlungssystems.

Inventors

• Bernd Fuchs
• Nick Theilacker

Assignees

• Pfeiffer FAB Solutions GmbH

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241104

Claims (14)

1. Verfahren (100) zur Behandlung von Bestandteilen eines Abgases (1), das Verfahren (100) aufweisend: - (S2) Erzeugen von oberflächenaktiven dielektrisch behinderten Entladungen (2), nachfolgend als S-DBD bezeichnet, - (S3) Inkontaktbringen des Abgases (1) mit den erzeugten S-DBD (2), und - (S5) Umsetzen von halogenhaltigen Abgasbestandteilen zu Reaktionsprodukten (3) mittels der S-DBD (2).
2. Verfahren (100) nach Anspruch 1 , wobei die halogenhaltigen Abgasbestandteile perhalogenierte Verbindungen sind.
3. Verfahren (100) nach Anspruch 2 , wobei die perhalogenierten Verbindungen ausgewählt sind aus einer Gruppe umfassend Kohlenstoffhexafluorid, Tetrafluormethan, Schwefelhexafluorid und Octafluorpropan.
4. Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, aufweisend: - (S4) Hinzufügen von Wasser, Wasserstoff und/oder Sauerstoff zum Abgas (1).
5. Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Umsetzung der halogenhaltigen Abgasbestandteile katalysiert erfolgt.
6. Abgasbehandlungssystem (6) zur Behandlung von Bestandteilen eines Abgases (1), das Abgasbehandlungssystem (6) aufweisend: - einen Reaktor (7) mit einem Reaktorraum (8) und einem in dem Reaktorraum (8) angeordneten dielektrisch isolierten Substrat (9), wobei auf dem Substrat (9) eine elektrisch leitfähige Struktur (10) zum Erzeugen von oberflächenaktiven dielektrisch behinderten Entladungen (2) ausgebildet ist.
7. Abgasbehandlungssystem (6) nach Anspruch 6 , wobei auf einander gegenüberliegenden Flächen (11) des dielektrisch isolierten Substrats (9) besagte elektrisch leitfähige Strukturen (10) ausgebildet sind.
8. Abgasbehandlungssystem (6) nach Anspruch 6 oder 7 , wobei das Substrat (9) plattenförmig ist.
9. Abgasbehandlungssystem (6) nach einem der Ansprüche 6 bis 8 , wobei die elektrisch leitfähige Struktur (10) ein quadratisches Muster und/oder ein Bienenwabenmuster aufweist.
10. Abgasbehandlungssystem (6) nach einem der Ansprüche 6 bis 9 , wobei im Reaktor (7) mehrere der besagten dielektrisch isolierten Substrate (9) parallel zueinander angeordnet sind.
11. Abgasbehandlungssystem (6) nach einem der Ansprüche 6 bis 10 , wobei im Reaktor (7) mehrere der besagten dielektrisch isolierten Substrate (9) in Reihe hintereinander angeordnet sind.
12. Abgasbehandlungssystem (6) nach einem der Ansprüche 6 bis 11 , aufweisend: - ein in Zwischenräumen (12) der elektrisch leitfähigen Struktur (10) angeordnetes Katalysatormaterial (13).
13. Prozessanlage (15) mit einer Prozesskammer (4) und einem Abgasbehandlungssystem (6) nach einem der Ansprüche 6 bis 12 .
14. Verfahren zur Herstellung eines Abgasbehandlungssystems (6) nach einem der Ansprüche 6 bis 12 , das Verfahren aufweisend: - Ausbilden einer elektrisch leitfähigen Struktur (10) auf einem dielektrisch isolierten Substrat (9) und - Anordnen des dielektrisch isolierten Substrats (9) in einem Reaktorraum (8) eines Reaktors (7).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Abgasbestandteilen, ein Abgasbehandlungssystem, eine Prozessanlage sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Abgasbehandlungssystems. Bei verschiedensten Industrieprozessen entstehen mit Schadstoffen belastete Abgase. Vor einer Abgabe in die Umgebung müssen diese Schadstoffe weitgehend entfernt werden, um die Umweltbelastung möglichst gering zu halten. Insbesondere in der Halbleiterindustrie und verwandten Anwendungen wie CVD (engl. chemical vapour deposition, dt. chemische Gasphasenabscheidung) -Prozessen oder Plasmaätz-Prozessen entstehen Abgase, die mit umweltrelevanten gasförmigen Schadstoffen wie Kohlenstoffhexafluorid (C2F6), Tetrafluormethan (CF4), Schwefelhexafluorid (SF6), Octafluorpropan (C3F8) und weiteren belastet sind. Des Weiteren können die zu behandelnden Abgase alle Arten von perfluorierten Chemikalien (PFC) aufweisen. Aus dem Stand der Technik ist die Umsetzung der genannten Schadstoffe mittels Brennerwäschern mit Brennkammern bekannt. Diese Brennkammern werden in der Regel mit Erdgas und Sauerstoff oder auch DC (engl. direct current, dt. Gleichstrom) - Plasmafackeln (Lichtbögen) betrieben. Nachgeschaltet ist zumeist ein Nasswäscher, um die Reaktionsprodukte der eingeleiteten Gase hinter der Brennkammer auszuwaschen. Das Brennen erfolgt durch die Erzeugung einer Flammenwand, welche die schadstoffbelasteten Abgase passieren müssen. Beim Durchgang der schadstoffbelasteten Abgase durch die Flammenwand werden die Schadgase durch Einwirkung des Sauerstoffs beispielsweise oxidiert und/oder, je nach Art des Gases, „gecrackt“. Weiterhin kann eine Umsetzung mit im Brenngas enthaltenen Wasserstoffatomen erfolgen, z. B. kann Fluor durch die Wasserstoffatome im Brenngas zu HF reagieren. Ein Beispiel für eine derartige Abgasreinigungsvorrichtung ist aus der WO 96/23173 bekannt. Diese Vorrichtung enthält einen Brennraum mit einem Brenner, dem Brenngas, wie Wasserstoff und Sauerstoff oder Luft, sowie das zu zersetzende Prozessabgas zugeführt werden. Oberhalb des Brennraumes befindet sich ein Waschraum mit einer Sprühvorrichtung zum Versprühen des Sorptionsmittels. Der Brennraum befindet sich dabei innerhalb eines äußeren Rohres und wird durch ein inneres Rohr begrenzt, wobei das äußere Rohr auch den oberhalb des Brennraumes befindlichen Waschraum umschließt. Die im Brennraum entstehenden Reaktionsprodukte werden zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr in den Waschraum und von dort über eine Absaugung in die Umgebungsluft geleitet. Mit einer derartigen Abgasreinigungsvorrichtung können die verschiedensten Gase, wie z.B. SiH4, PH3, B2H6, TEOS (Tetraethoxysilan) aus CVD-Prozessen, C2F6, CF4, CH3F, Cl2, BCl3 aus Trockenätz- und anderen Prozessen mit sehr hoher Effektivität behandelt werden. Voraussetzung ist, dass die Parameter des Abgasreinigungssystems jeweils auf die Art und Menge der zu reinigenden Gase oder Dämpfe abgestimmt werden, so dass sichergestellt ist, dass die Verbrennung bzw. die thermische Zersetzung durch die Verbrennung von Brenngas und Sauerstoff unter Sauerstoffüberschuss erfolgt. Nachteilig an den bekannten Verfahren sind der hohe Energieverbrauch für das Erreichen der benötigten Temperaturen und die damit einhergehenden Kosten. Außerdem fördern die hohen Temperaturen die Bildung von Stickoxiden, die ebenfalls einen Schadstoff darstellen, und aus dem Abgas entfernt werden sollten. Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abgasbehandlung anzugeben, mit denen die vorstehend genannten Nachteile zumindest teilweise behoben werden können. Wünschenswert wären eine Erhöhung der Energieeffizienz sowie eine Verringerung der Stickoxidbildung. Gelöst wird diese Aufgabe durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche betreffen Ausgestaltungen. Ein Grundgedanke der Erfindung ist es, in Abgas enthaltene Bestandteile, z. B. Schadstoffe, mittels oberflächenaktiver dielektrisch behinderter Entladungen, auch als S-DBD (engl. Surface-Dielectric Barrier Discharge) bezeichnet, zu behandeln. Solche Entladungen können nahezu bei Raumtemperatur erzeugt und betrieben werden, so dass der Energiebedarf gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Abgasbehandlungs- und Abgasreinigungsverfahren verringert ist. Außerdem werden aufgrund der geringeren Temperatur auch weniger Stickoxide gebildet, so dass eine Stickoxidentfernung aus dem Abgas in geringerem Maße erforderlich ist oder sogar gänzlich entfallen kann. S-DBD enthalten hochenergetische Elektronen, die Abgasbestandteile mittels Elektronenstoßprozessen zerschlagen können. Diesen Vorgang nennt man kinetische Dissoziation (durch Elektronenstoß) im Gegensatz zur oben genannten thermischen Dissoziation bzw. Zersetzung. Zudem können sich hochreaktive Spezies, wie z. B. Ozon, bilden, die zur weiteren Oxidation und/oder Reduktion und einer damit einhergehenden Bildung von Reaktionsprodukten, die weniger schädlich und/oder absorbi