一种电加热水洗式尾气处理设备及其尾气处理工艺的制作方法
一种电加热水洗式尾气处理设备及其尾气处理工艺的制作方法
随着半导体行业的快速发展，尾气处理成为了一个重要课题。本文介绍了一种新型的电加热水洗式尾气处理设备及其处理工艺，该设备通过高温分解、水洗和水汽分离等步骤，有效处理了半导体生产过程中产生的各种尾气，具有处理效率高、效果好、结构合理等优点。
本发明涉及半导体尾气处理领域，尤其涉及一种电加热水洗式尾气处理设备及其尾气处理工艺。
背景技术
随着5G技术、物联网、人工智能、大数据、云计算等新基建的顺利推进，半导体行业高速发展。半导体行业是电子信息制造业重要的子行业之一，属于高新技术产业，往往被误解为“清洁”产业，但事实上，在清洗、光刻、去胶、烘干等工艺中需使用大量的酸、碱及有机溶剂和多种特殊气体，整个生产过程尾气产量大、种类多。大量挥发性的有机污染物进入大气中不但会对自然生态造成巨大破坏，而且也对人们的身心健康产生严重威胁。
未经过处理的尾气排放将会对环境造成的污染、对先进半导体制程造成很大的影响，所以一定要积极做好尾气排放的处理和控制。而尾气处理装置是半导体行业中必不可少的配套装置，其使半导体工厂排放尾气中的有毒有害物质及烟尘得到净化，或使其在处理后达到排放标准，减轻对环境的污染，减少大气污染和对人体健康的危害。
半导体的热扩散工艺，是指在高温下(800～1100℃)，将掺杂源(磷烷、砷烷、三氯化硼等)与硅表面反应释放出杂质原子，并由表面的高浓度区向内部的低浓度区扩散，最终分布趋于均匀，属于化学反应过程，在此过程中，可能会产生sih2cl2、nh3、si2cl6、si(oc2h5)4、o2、n2o、(c2h5o)3b、c3h9b、c6h14o3、(c2h5o)3po、ph3、b2h6、sih4等尾气。按照尾气处理方式的不同，尾气处理装置分为燃烧式、电热式、等离子式和吸附式等类型，但是处理效果不好，处理效率不高，而且目前现在专门针对半导体的热扩散工艺产出的尾气进行处理的尾气处理装置尚少。
现有的尾气处理设备在进气管的管道，由于尾气中会含有颗粒，或者sih4等尾气与尾气中的水分或者氧反应生成沉淀物，使得进气管的管道弯管处容易堵塞，现有技术通常采用通过外部电热包加热防止有沉淀物聚集的方式，将管壁温度升高，解决部分制程过程中的废气管路拥堵问题，但是通过该方式疏通后的管路10天左右就发生拥堵或者堵死，不能从根本上解决堵塞的问题，而且电热包的温度不容易控制，而且操作繁琐。
因此，现有技术亟待解决。
技术实现思路
本发明的目的旨在针对现有技术的不足，提供一种电加热水洗式尾气处理设备。基于上述问题，本发明提出的一种电加热水洗式尾气处理设备，防止进气管的管道弯管处堵塞，提高了尾气的处理效率，使得尾气处理更充分，而且工艺安全。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种电加热水洗式尾气处理设备，包括进气管、主腔体、加热棒、反应腔、锥形集水器、前段三通、第一下水管、三通连接管、第二下水管、水箱、后段三通和排气腔，所述进气管与主腔体连接，所述加热棒设置于主腔体上且伸入至反应腔内，所述主腔体与反应腔连接，所述反应腔的下端与锥形集水器连接，所述锥形集水器与前段三通连接，所述前段三通的下端与第一下水管连接，所述第一下水管伸入至水箱内，所述前段三通的一侧通过三通连接管与后段三通连接，所述后段三通的下端与第二下水管连接，所述第二下水管伸入至水箱内，所述后段三通连接排气腔。
如上所述的一种电加热水洗式尾气处理设备，所述排气腔包括锥形排气腔、第一排气腔、第二排气腔和酸排出管；所述锥形排气腔的一端与后段三通通过法兰连接，另一端与第一排气腔通过法兰固定连接；所述第一排气腔与第二排气腔通过法兰固定连接；所述第二排气腔与酸排出管通过法兰固定连接；所述第一排气腔包括第一过滤网，所述第一过滤网设置于第一排气腔的底端且靠近锥形排气腔，所述第二排气腔包括第一环形过滤网、第一套管、第二环形过滤网和第二套管，所述第一环形过滤网设置于第二排气腔323的壳体和第一套管3232之间，所述第一套管的底部为阻挡尾气排出的第一挡板，所述第一套管的顶部与第二环形过滤网抵接，所述第二环形过滤网设置于第二排气腔的壳体和第二套管之间，所述第一套管和第二排气腔的壳体之间具有第一间隙，所述第二套管的底部与第一挡板具有间隔，所述第二套管的顶部设置有阻挡尾气排出的第二挡板，所述第二挡板与第二环形过滤网之间具有第二间隙，所述第二套管与第一套管之间具有第三间隙。
如上所述的一种电加热水洗式尾气处理设备，进气管还设置有刮刀结构，所述刮刀结构包括刮刀气缸、第一螺母、活塞杆连接柱、垫片、活塞杆密封筒、固定销垫片、弹簧固定销、弹簧刮刀接头、刮刀弹簧和刮刀气动快插接头，所述刮刀气缸包括气缸主体、气缸进气管、气缸出气管，所述气缸进气管连接气缸主体的顶部，所述气缸出气管连接气缸主体的底部，所述气缸主体的活塞杆穿过第一螺母与活塞杆连接柱固定连接，所述垫片设置于第一螺母的下方，所述活塞杆连接柱与活塞杆密封筒间隙配合滑动连接，所述活塞杆连接柱穿过弹簧刮刀接头与弹簧固定销固定连接，所述活塞杆连接柱与弹簧刮刀接头间隙配合滑动连接；所述固定销垫片设置于弹簧固定销与弹簧刮刀接头之间，所述弹簧固定销靠近弹簧刮刀接头的一端固定连接刮刀弹簧的一端，所述刮刀弹簧的另一端为自由端。
如上所述的一种电加热水洗式尾气处理设备，所述活塞杆密封筒的下端倾斜设置有刮刀气动快插接头。
如上所述的一种电加热水洗式尾气处理设备，所述锥形集水器包括安装部、衬垫部和锥形部，所述安装部的外侧设置有进水口，所述衬垫部上设置均匀分布的落水口。
如上所述的一种电加热水洗式尾气处理设备，所述反应腔包括内反应腔体和外反应腔体，所述内反应腔体和外反应腔体之间形成密封腔体，所述外反应腔体上设置有循环冷却水入口和循环冷却水出口，所述循环冷却水出口连接冷热交换器，经过冷热交换器降温的循环冷却水通过管路连接外反应腔体上的循环冷却水入口。
如上所述的一种电加热水洗式尾气处理设备，所述冷热交换器的上方设置有上支撑板，所述冷热交换器的下方设置有下支撑板，所述冷热交换器设置于上支撑板和下支撑板之间且分别与上支撑板和下支撑板固定连接。
如上所述的一种电加热水洗式尾气处理设备，还包括翻转装置，所述翻转装置包括固定板、立板、转轴、翻转架和固定架。所述有固定板设置于上支撑板的上方，所述立板垂直于固定板且设置于固定板的两端，所述转轴与立板固定连接，所述翻转架转动连接于转轴(253上)，所述翻转架与固定架固定连接，所述固定架与反应腔的反应腔体固定连接。
如上所述的一种电加热水洗式尾气处理设备，所述前段三通、三通连接管、后段三通和第一排气腔中的至少两处设置有喷淋管。
基于同一个发明构思，本发明还提供了一种电加热水洗式尾气处理工艺，采用如上所述的电加热水洗式尾气处理设备，具体包括如下步骤：
S1.尾气的高温分解：预处理半导体尾气通过进气管进入主腔体，然后进入反应腔，反应腔内的加热棒对尾气进行电加热进行高温分解，所述内反应腔体和外反应腔体之间形成密封腔体，循环冷却水在循环泵的作用下进入密封腔体对反应腔进行冷却降温，然后升温后的循环冷却水流至冷热交换器处理为降温后的循环冷却水回用于反应腔的冷却降温；水从锥形集水器的进水口进入后，沿着衬垫部的落水口均匀的从锥形部的内壁流至水箱内，对高温分解的半导体尾气进一步降温冷却，冲刷粉尘和颗粒物至水箱；
S2.尾气的水洗：经过高温分解后的尾气进入前段三通，进入水箱进行水洗，除去尾气中的水溶性尾气；喷淋管对尾气进行喷淋水洗，一方面降低尾气中的颗粒物，另一方面进一步的吸收可溶性尾气；水箱内的水满后，可溶性尾气随着废水排出；
S3.尾气的水汽分离：经过水洗后的尾气经过第一过滤网进入第一排气腔；然后依次经过第一间隙、第二间隙、第三间隙和第二套管的内腔流动，第一环形过滤网和第二环形过滤网上的填料使得尾气降温，水蒸气冷凝，气流减速，实现尾气中的水汽和尾气的充分分离，经过水汽分离的尾气达标后，经酸排出管排出至厂务中央系统处理。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
- 本发明提供的一种电加热水洗式尾气处理设备，预处理半导体尾气通过进气管进入主腔体，然后进入反应腔，反应腔内的加热棒对尾气进行加热进行高温分解处理，分解反应成粉末或者溶解于水的物质，然后进入锥形集水器冲刷、冷却，经第一下水管进入水箱水洗进行水溶水解，溶于水的尾气作为废水排出，水箱出来的尾气经过第二下水管进入排气腔进行水汽分离，经过锥形排气腔，然后依次经过第一排气腔和第二排气腔进行水汽分离，有效防止水汽进入下一个处理环节，最后，经酸排出管排出。该电加热水洗式尾气处理设备可专用于处理一些受热可以高温分解的sih2cl2、nh3、si2cl6、si(oc2h5)4、o2、n2o、(c2h5o)3b、c3h9b、c6h14o3、(c2h5o)3po、ph3、b2h6、sih4等半导体尾气。同时，还可以处理一些可溶性的腐蚀性的气体如cl2、bcl3、hbr等半导体尾气，该电加热水洗式尾气处理设备处理效率高，处理效果好。
- 本发明提供的一种电加热水洗式尾气处理设备，进气管还设置有刮刀结构，在刮刀气缸的作用下，对气缸的活塞杆进行顶动，活塞杆连接柱在活塞杆的带动下，带动弹簧固定销向下顶动，从而带动刮刀弹簧在进气管的弯管处的管壁内滑动，以此刮除弯管处的管壁附着物，从而避免尾气处理过程中固体颗粒附着物附着于尾气处理装置内壁，堵塞进气管的管道。拔下刮刀气动快插接头，通入吹扫气至活塞杆密封筒的内腔，吹扫气将弹簧刮下来的附着物吹扫至反应腔内，刮刀的设置，解决了进气管的管道弯管处容易堵塞问题，提高了通气的效率，保障工艺安全。
- 本发明提供的一种电加热水洗式尾气处理设备，所述排气腔包括锥形排气腔、第一排气腔、第二排气腔和酸排出管，尤其是第二排气腔的结构包括第一环形过滤网、第一套管、第二环形过滤网、第二套管、第一挡板、第二挡板，以上结构设计使得气流沿着第一间隙、第二间隙、第三间隙和第二套管的内腔流动，使得尾气从酸排出管排出时的冲击力减小，降低了噪音；气流改变流动方向，延长了气流通过的路径，尾气的流速会逐渐减小，从而能够保证水汽的凝结，使得尾气中的水汽和尾气分离充分；由于气流路径增长，同时增强了水洗后尾气与外界的热传质速率，进一步避免排气腔因高温产生的损坏，延长排气腔的使用寿命。
- 本发明提供的一种电加热水洗式尾气处理设备，设置有多处冷却结构，例如所述内反应腔体和外反应腔体之间形成密封腔体通入循环冷却水给反应腔降温；所述锥形集水器设置进水口和落水口，使得冷却水均匀的从锥形部的内壁流下，起到进一步降温冷却的作用；第一喷淋管、第二喷淋管、第三喷淋管和第四喷淋的设置对尾气进行喷淋水洗降温等。由于尾气中含有大量腐蚀性的气体，因此对反应腔和排气腔及其管路的腐蚀比较严重，因此，通过冷却降温，能够有效减小腐蚀，提高使用寿命，增加了尾气处理设备的整体稳定性和可靠性。
- 本发明提供的一种电加热水洗式尾气处理工艺，通过电能加热在反应腔内进行高温分解，反应生成h2o、co2等无害物质，再通过水箱对其处理，排出腔将水汽和气体分离，在水箱内溶于水的物质作为废水排出，处理达标的气体通过酸排出管定向排放至厂务中央系统，该处理不仅可以用到半导体尾气处理行业，还可以用到液晶制造、太阳能光伏等泛半导体产业。