节能型介质阻挡放电等离子体氮氧化物减排装置

摘要

本发明提供利用介质阻挡放电等离子体的氮氧化物减排装置。本发明的等离子体氮氧化物减排装置将燃烧部、湿式处理部及等离子体氧化部配置于外壳内，从而，使得从等离子体氮氧化物减排装置的最终排出口排出的氮氧化物形态以NO

说明书

技术领域

本发明涉及废气处理领域，更详细地涉及一种能够有效处理含有氮氧化物(NOx)及其他污染物的废气的节能型介质阻挡放电(Dielectric BarrierDischarge)等离子体氮氧化物减排装置。

背景技术

随着工业化的快速发展，满足人类需求的工业活动以能源基本手段作为基础。但，随着能源利用的增加，不仅导致环境污染的发生，并且，污染程度越来越严重。占据能源资源大部分的石油、煤炭、天然气等化石燃料在燃烧过程中，必然排放大气污染物质，因此，为了今后的持续发展，人类必须要实现经济增长与环境保护的协调。

因使用能源带来的大气污染，根据波及范围和对应范围大致分为局部污染和国际性污染。硫氧化物和氮氧化物等对于酸性雨、动植物的危害范围比较局部性的，但，二氧化碳、NOx等温室气体成为有关地球暖化现象的国际争议对象。

无节制的以发展为目的的经济运营，导致国内大都市和工业区周围的大气污染已经达到危及状态，并且，随着经济发展带来的收益提高，关于防止国内大气污染、全球关注执行各种规章的地球暖化的方法论的提出和因利用能源的大气污染物质前景均称为重要课题。

目前，随着对于半导体显示屏的需求的增加，越来越广泛使用氟化物，在此，对于因在处理半导体工艺气体后发生的2次污染物质(NOx)的大量排放的总量规定对应问题和目前处理NOx的技术，主要使用催化方法，但在操作中使用过度能源，从而，需要确保代替技术，因此，需要能够解决现有问题的代替技术。

【先行技术文献】

【专利文献】

(专利文献1)韩国专利公开10-2011-0065985

发明内容

发明要解决的问题

本发明要解决的技术问题为，提供一种在等离子体氮氧化物减排装置的外壳内顺次配置燃烧部、湿式处理部及等离子体氧化部，以将最终排出口的氮氧化物的形态以NO₂限定地排出，从而，能够有效地处理氮氧化物的氮氧化物减排型等离子体氧化装置。

解决问题的技术方案

为了解决上述问题，本发明提供一种处理废气的节能型介质阻挡放电等离子体氮氧化物减排装置，包括：燃烧部，对于所述废气进行燃烧处理；湿式处理部，从所述燃烧部接收燃烧处理的气体，进行湿式处理；等离子体氧化部，投入用于处理通过所述湿式处理部的气体中包含的氮氧化物的等离子体气体。

所述节能型介质阻挡放电等离子体氮氧化物减排装置还可包括外壳，并且，所述燃烧部、所述湿式处理部及所述等离子体氧化部可配置于所述外壳内。

所述节能型介质阻挡放电等离子体氮氧化物减排装置还可包括主排出管，其用于将通过所述等离子体气体进行处理的所述氮氧化物向所述外壳外部排出，并且，所述等离子体氧化部可在所述外壳内与连接于所述主排出管的连接通道连接安装。

所述等离子体气体可为通过所述等离子体氧化部的等离子体放电而生成的O₃气体。

所述氮氧化物可以与从所述等离子体氧化部生成的O₃产生氧化反应，变换为NO₂。

所述排出的NO₂可以在后续处理工艺的湿式处理工艺中通过还原反应被处理。

所述等离子体氧化部，可包括：内部电极，其为棒形状；电介质，其围绕所述内部电极；及外部电极，其在所述电介质外部以线圈形态插入安装，并且，向所述内部电极与所述外部电极可以施加为产生等离子体的交流电源。

所述外部电极表面可以通过热喷涂被涂覆。

所述电介质外面与所述外部电极外面可以形成相同的高度。

所述等离子体氧化部可以利用介质阻挡放电(Dielectric BarrierDischarge，DBD)等离子体而产生等离子体。

发明的效果

根据本发明，等离子体氮氧化物减排装置将为处理通过燃烧部及湿式处理部的气体中包含的氮氧化物而投入等离子体气体的等离子体氧化部一同配置于外壳内，从而，能够在等离子体氧化物减排装置的最终排出口使得氮氧化物形态以NO₂限定排出。并且，无需添加另外设备，而释放由线圈型电极形成的等离子体氧化部的介质阻挡放电等离子体，对氮氧化物进行处理，从而，能够节约向设备供应的能源。

此类等离子体氧化部，包括内部电极、围绕内部电极的电介质及在电介质外部以线圈形态插入安装的外部电极，外部电极表面通过热喷涂被涂覆，电介质外面与外部电极外面的高度相同地形成，从而，能够防止粉尘粘附于电极之间，并能够解决在电介质与电极之间的间隙出现发热或发生电弧的问题。

本发明的技术效果并不限定于上述的内容，本发明领域的技术人员通过下述内容应当理解未提及的其他的技术效果。

附图说明

图1为概略图示适用本发明的等离子体氧化部的气体净化系统的附图。

图2为表示适用本发明的等离子体氧化部的等离子体氮氧化物减排装置的附图。

图3为用于说明本发明的等离子体氧化部的剖视图。

图4为用于说明本发明的等离子体氧化部的截面图。

图5为用于说明本发明的等离子体氧化部的扩大图。

附图标记说明

300:等离子体氮氧化物减排装置

301:外壳 310:燃烧部

320:湿式处理部 330:等离子体氧化部

331:内部电极 332:电介质

333:外部电极 334:电介质外面

335:外部电极外面 336:反应气体引入口

337:等离子体气体排出口 340:交流电源供应部

具体实施方式

本发明可进行各种变更，并进行各种实施例，在附图中示例特定实施例，并在详细说明中进行详细的说明。但，应当理解，这并非为了将本发明限定于特定实施形态，而是包括属于本发明的思想及技术范围中的所有变换、均等物以及代替物。如在说明本发明时，判断对于有关公知技术的详细说明可混淆本发明的要旨时，则省略其详细说明。

以下，参照附图详细说明根据本发明的实施例，并且，在参照附图说明时，相同或对应的构成要素赋予相同的附图符号，并省略对其重复说明。

一般而言，氮氧化物因火力发电厂等固定发生源和汽车等移动发生源而发生，在半导体工艺中发生的氮氧化物是在向大气释放各种有害气体前安全地进行处理的过程中经过的洗涤器内燃烧过程，因燃烧时的高温氮和氧产生反应而生成的。

NO向大气排放，通过大气中的O₃、O₂、水分等而氧化成NO₂、NO₃、N₂O₄等，其中大部分为NO₂，在空气中熔化成悬浮微粒状态，而成为酸性雨或通过太阳光线形成光化学烟雾。其危害很广泛，对人体主要引发呼吸道疾病，刺激眼睛、引发视觉障碍，或腐蚀金属材料，对植物生长也产生较大影响。

作为处理在半导体工艺中使用的SiH₄、NF₃等有害气体的工艺，使用热处理装置，此类热处理装置的种类有燃料式、电暖气式、等离子体式。此类方式在处理过程中，通过O₂、H₂O等和N₂的反应，发生大量的氮氧化物(NO、NO₂)等。尤其，在燃料式和等离子体式的情况下，因操作温度高的特性，在氮氧化物中NO的发生比率较高。

作为又一个发生源，半导体工艺中使用的气体中NH₃和NF₃，在分解或化学反应过程中，从NH₃和NF₃分解的氮因子(N+)与大气中的O₂或H₂O反应，而大量产生氮氧化物(大部分NO)。

图1为概略图示适用本发明的等离子体氧化部的气体净化系统的附图；图2为表示适用本发明的等离子体氧化部的等离子体氮氧化物减排装置的附图。

参照图1及图2，用于处理含有氮氧化物的废气的气体净化系统，包括如下处理过程：将在主处理设备100中使用的废气通过真空泵200向适用等离子体氧化部330的等离子体氮氧化物减排装置300引入，引入的废气通过等离子体氮氧化物减排装置300进行处理后，经过后续工艺即湿式洗涤器400，通过风扇500向大气排放。

在此，适用根据本发明的等离子体氧化部330的等离子体氮氧化物减排装置300，可为为了处理废气而通常使用的热处理装置即使用点(POU，PointOf Use)洗涤器。以往的POU洗涤器内可包含燃烧部310和湿式处理部320，但根据本发明的等离子体氮氧化物减排装置300，在外壳301内除了燃烧部310和湿式处理部320外，可配置等离子体氧化部330，其用于投放用于处理通过湿式处理部320的气体中包含的氮氧化物的等离子体气体。

如图2所示，根据本发明的等离子体氮氧化物减排装置300的燃烧部310在上部连接有流入管311，半导体制造等中使用的废气通过该流入管311向外壳301内流入。对向外壳301内流入的废气通过燃烧部310进行燃烧处理，经过燃烧处理的废气通过在燃烧部310下部截面积逐渐变窄地形成的排出管312向湿式处理部320排出。

燃烧部310采用使有害成分的废气通过火焰之间而处理废气的方式，并且，为了提高燃烧效率，O₂及CH₄通过配置于燃烧部301上部的燃烧气体注入口313被注入。

但，在处理过程中，因O₂、H₂O等与N₂的反应而产生大量的氮氧化物(NO、NO₂)等，尤其，在燃烧过程中，因燃烧时操作温度高的特性，氮氧化物中NO的比率增加。

在燃烧部310处理的废气，为了处理2次副产物的沉积、水溶性气体的溶解及高温的燃烧气体的冷却，通过湿式处理部320。

湿式处理部320为了从燃烧部310接收燃烧处理的气体并进行湿式处理，可包括第1喷嘴321、第2喷嘴322、湿式水槽323、流量调整装置324、泵325、供水排管326。

在湿式处理部320，通过喷嘴321、322的喷雾来吸附及溶解在燃烧部310 内产生的水溶性废气和二氧化硅(SiO₂)粉末等，利用湿式水槽323存储从燃烧部310及喷嘴321、322排出的处理物质并排出。优选地，第1喷嘴321和第2喷嘴322配置于湿式水槽323上部。

第1喷嘴321和第2喷嘴322可以与供水排管326连接，以便从湿式水槽323接收供应的水，并且，在湿式水槽323与供水排管326之间可以安装有泵325，以便将配置于外壳301内的下部的湿式水槽323的水供应至上部的喷嘴321、322。并且，在湿式水槽323与泵325之间，可配置用于调整喷嘴321、322喷射的水量的流量调整装置324。

如上述，在湿式处理部320中，湿式水槽323、流量调整装置324、泵325及供水排管326协力合作，以起到水循环手段的功能，使得固定温度的水在湿式处理部320内持续循环。

湿式处理部320的后端还可包括主排出管327，用于将处理的废气向外壳301外部排出，使得向为后处理工艺的装置排出。

主排出管327从外壳301内部向外部延伸而形成，主排出管327中形成于外壳301内部的主排出管327，通过与主排出管327连接的连接通道328可以与等离子体氧化部330连接。即，根据本发明的等离子体氧化部330，在等离子体氮氧化物减排装置300的外壳301内，与燃烧部310及湿式处理部320一同配置，而形成一个整体的洗涤器设备。

并且，在等离子体氧化部330的下部还可包括向等离子体氧化部330施加交流电源的交流电源供应部340。

如上述地，将等离子体氧化部330配置于等离子体氮氧化物减排装置300内的最后端即主排出管327，而能够使最终通过主排出管327向外壳301外部排出的氮氧化物(NO)形态以NO₂限定排出。

即，在等离子体氧化部330通过等离子体放电而生成的O₃与在燃烧过程中燃烧时发生的氮氧化物(NO)发生氧化反应而变换为NO₂，变化的NO₂通过主排出管向外壳301外部排出，向外壳301外部排出的NO₂通过后续处理工艺即湿式处理工艺的还原反应，能够有效地处理氮氧化物。

图3为用于说明本发明的等离子体氧化部的剖视图；图4为用于说明本发明的等离子体氧化部的截面图；图5为用于说明本发明的等离子体氧化部的扩大图。

参照图3至图5，本发明的等离子体氧化部330可包括内部电极331、电介 质332、外部电极333。

内部电极331可具有内部空的棒形状，并且，由导电体物质形成，以便电流通过。为等离子体放电的放电气体可通过内部电极331下部的反应气体引入口336引入，通过等离子体放电而生成的等离子体气体可通过内部电极331上部的等离子体气体排出口(337)排放。优选地，为等离子体放电的放电气体可为O₂，通过等离子体放电生成的等离子体气体可为O₃。

电介质332围绕内部电极331一端的既定距离至另一端的既定距离，并具有与内部电极331相同的棒形状。电介质332配置于内部电极331与外部电极333之间，用于防止通过施加于电极的高电压而在电极之间产生的电弧等。

外部电极333可形成以线圈形态形成的线圈型电极结构，并插入安装于电介质332外面。可以将线圈之间的间隔设置为相同间隔而插入，线圈的截面形成使得将线圈插入于电介质332时能够防止形成在电介质332的凹槽与线圈之间发生间隔，并且，为了使得电介质外面334和外部电极外面335的高度相同地配置，而可具有四角形状。但，对线圈截面的形态可根据使用者进行各种变更。

向内部电极331和外部电极333通过安装于等离子体氧化部330的下部的交流电源供应部340施加交流电源。例如，可以向内部电极331施加电压，外部电极333被接地，或更换内部电极331和外部电极333的极性，并且，根据交流电源供应部340可向两个电极都施加高电压。即，内部电极331和外部电极333中，可以向某一侧施加高电压(±)，将另一侧接地，或内部电极331和外部电极333中某一侧施加+电极时，向另一侧可施加-电极。

并且，内部电极331和外部电极333为包含金属的导电性物质，可由耐蚀性较强的铝(Al)、不锈钢(STS)、钛(Ti)、镍(Ni)、铬(Cr)、铜(Cu)、钨(W)、白金(Pt)中的某一种材质或其合金而形成。优选地，可以适用以加工性和耐蚀性较好的镍为主要成分的哈氏(Hastelloy)合金。

电介质332可适用介电常数较高的氧化物系列的陶瓷即MgO、Al₂O₃、TiO₂、SiO₂中的某一种材质。

以线圈形态形成的外部电极333的电极表面可通过热喷涂被涂覆，向电介质332外部插入安装。并且，插入于电介质332的外部电极外面335与电介质外面334形成相同高度地配置。

如上述，外部电极333表面通过热喷涂被涂覆，并使得外部电极外面335 与电介质外面334形成相同高度地配置，从而能够防止粉尘粘附电极之间，并且，能够解决在电介质332与电极之间的间隙发生的发热或电弧的问题。

等离子体氧化部330可根据使用者以各种大小体现，根据本发明的优选的内部电极331的大小，从一端至另一端的高度为1.5m，电介质332的一端至另一端的高度为1.2m。并且，线圈形态的外部电极333的从线圈开始的一端至线圈末端的另一端的高度为0.95m。线圈和电介质332的厚度，如图4所示，分别为2mm和7mm。

利用此类线圈型电极结构的介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge，DBD)等离子体装置，在施加高频率、高电压而在两电极之间发生的电场(Electric field)，附加形成通过法拉第感应定律(Faraday's Law of Induction)的感应电场，而使得电场的强度极大化，由此，显著降低电力消耗，并产生优良特性的等离子体。

如上述，根据本发明的等离子体氧化部330，利用介质阻挡放电等离子体发生等离子体，通过此类等离子体发生，将O₂变换为O₃，通过连接通道328向主排出管327排放O₃。如上述地向主排出管327排出的O₃对在主排出管327内部存在的污染物质进行氧化及离子化处理。例如，将NO和CO氧化处理成NO₂和CO₂，THC被氧化及离子化，HF或粉尘被粗大化。

从而，通过从根据本发明的等离子体氧化部330发生的等离子体，对在等离子体氮氧化物减排装置300内燃烧过程中发生的氮氧化物与通过等离子体放电发生的O₃进行氧化反应处理，由此，使得能够等离子体氮氧化物减排装置300的最终排出口的氮氧化物形态以NO₂限定排出。

氮氧化物通过上述的等离子体氧化部330被氧化处理的反应机理如下。

NO+O₃＝>NO₂-+O₂

通过等离子体氧化部330被氧化处理，通过主排出管327以NO₂排出的氮氧化物，如图1所示，在后续处理工艺即湿式洗涤器400的湿式处理工艺中通过还原反应被最终处理。并且，湿式洗涤器400除了氮氧化物之外，还处理在前处理过程中离子化的THC的吸收,前处理过程的残余O₃的还原,HF等。

通过上述的湿式洗涤器400进行还原处理的主要反应机理如下。

NO₂+(Na₂S+α)＝N₂+Na₂SO₄

如上述地，通过借助于等离子体氧化部330的氧化过程和湿式洗涤器400的还原过程，能够对等离子体氮氧化物减排装置300内的燃烧过程中发生的 氮氧化物有效地进行处理。

<实验例1>

为了评价安装有本发明的等离子体氧化部的设备的氮氧化物处理性能，进行了氮氧化物通过本等离子体氧化部的等离子体放电转化为NO₂的转换效率试验。

表1和表2对安装有本发明的等离子体氧化部的设备进行的试验资料。

根据本实验例1的条件，将氧化阶段(Stage)的等离子体O₃浓度设定为40ppm，将基准风量设定为2CMM。空塔速度1m/s，滞留时间2sec条件时，等离子体OFF时和等离子体ON时的氮氧化物的NO₂转换效率如表1所示，根据时间变化的氧化率实验结果如表2所示。

[表1]

等离子体OFF(ppm)等离子体ON(ppm)效率NO45NO784％NO₂22NO₂55NOx67NOx62O₃40O₃1.4

[表2]

由表1和表2可知通过施加等离子体的能源氮氧化物有效地转换为NO₂。<实验例2>

在实验例2，为了评价安装有本发明的等离子体氧化部的设备的氮氧化 物处理性能，进行了在连续启动80分钟后，氮氧化物通过本等离子体氧化部的等离子体放电被转换为NO₂的转换效率试验。

表3至表6为对安装有本发明的等离子体氧化部的设备进行的实验例2的试验资料。

根据本实验例2的条件，与实验例1的条件相同地将氧化阶段的等离子体O₃浓度设定为40ppm，基准风量设定为2CMM，并且，空塔速度设定为1m/s，变更滞留时间，以与实验例1相同的方法进行了检测。

<表3>

<表4>

<表5>

<表6>

如表3至表6所示，从滞留时间0.5～2sec的测定结果可确认均有95％以上的处理效率。

如上述地，等离子体氮氧化物减排装置300，将用于燃烧处理废气的燃烧部310、从燃烧部310接收燃烧处理的气体并进行湿式处理的湿式处理部320及为了处理通过湿式处理部320的气体中包含的氮氧化物而投入等离子体气体的等离子体氧化部330一同配置于外壳301内，从而，能够在等离子体氮氧化物减排装置300的最终排出口使氮氧化物形态以NO₂限定排出。并且，无需添加另外设备，释放由线圈型电极形成的等离子体氧化部330的介质阻挡放电等离子体，对氮氧化物进行处理，从而，能够节约向设备供应的能源。

并且，在本说明书和附图中公开的本发明的实施例只是为了有助于理解 而提示了特定例，而并非限定本发明的范围。本发明的技术领域的技术人员应当理解除了在此提供的实施例之外，还可实施基于本发明的技术思想的其他变形例。