一种文丘里管耦合等离子弧炬高效热分解有害气体的装置

技术领域

本发明属于环保技术领域，具体涉及一种文丘里管耦合等离子弧炬高效热分解有害气体的装置。

背景技术

近年来电子工业尾气排放的硅烷、磷烷等有害气体的排放量不断增大，其带来的环境问题也日渐凸显。目前，在电子工业有害气体排放控制方面的相关处理技术主要有催化燃烧技术、热分解技术、炭吸附技术等。

现有技术中，对于电子工业尾气中的有害组分通常采用活性炭吸附进行捕集，但是捕集后的有害组分还需要进行回收处理，容易导致二次污染。此外，未被吸附捕集的逃逸有害成分还会通过尾气排放口排放至大气环境中，造成环境污染。对于温度低、烟气量小、有害组分含量高的电子工业烟气而言，采用常规捕集技术不太现实，也不适合采用。因此有必要寻求新的工艺技术解决这些特定烟气有害气体去除的问题。

发明内容

本发明的目的就是为了实现高浓度硅烷气、磷烷等有害气体的高效转化分解

而提供一种文丘里管耦合等离子弧炬高效热分解有害气体的装置，用以解决现有的技术瓶颈问题。

本发明的技术方案如下所述：

一种文丘里管耦合等离子弧炬高效热分解有害气体的装置，主体装置包括尾气进气单元、文丘里式反应单元、等离子弧炬发生单元和热分解反应单元；其中，文丘里式反应单元包括缩口管、喉管和扩散管；等离子弧炬发生单元包括等离子发生电源的阳极接口、第一冷却水进口、保护气进口、阴极接口和第一冷却水出口；热分解反应单元包括等离子弧炬、反应内腔和冷却单元，冷却单元包括第二冷却水出口和第二冷却水进口；

① 工业生产过程中产生的硅烷气、磷烷有害尾气通过尾气进气单元输送至文丘里式反应单元通过文丘里式反应单元的气体喷射作用，形成一个压力梯级区，带动进口处的尾气快速进入热分解反应单元；

② 进入热分解反应单元的尾气与等离子弧炬产生的高温反应区进行充分混合接触并反应，文丘里式反应单元的扩散管出口尾气流速减小，在热分解反应单元的入口处形成湍流区，增加气体与等离子弧炬的接触时间，并进行高效的热分解反应，进一步促进尾气中有害气体的转化分解；

③ 等离子弧炬由直流等离子弧炬发生单元产生，在阴极接口和阳极接口间产生等离子炬，并通过保护气进口吹出等离子弧炬进入热分解反应区，为热分解反应区提供有害气体组分的热分解能量。

所述的文丘里式反应单元包括一体化设计的缩口管、喉管和扩散管，喉管直径为30-40 mm，喉管长度与其直径比为1.2~2:1；扩散管的扩散角为10-40度，长度为喉管长度的3~5倍。

所述的文丘里式反应单元中的喉管中气体流速为40-70 m/s，扩散管出口气体流速为10-15 m/s。

所述的等离子弧炬由等离子炬发生组件非转移式产生，阴极接口中心阴极丝接等离子发生电源，外筒与阳极接口相连，外筒内层有冷却水保护，冷却水通过第一冷却水进口进入，通过第一冷却水出口流出。

所述的等离子弧炬发生单元的冷却水量为1-5 m

所述的等离子弧炬发生单元的保护气为氮气、空气等，气体压力为3-8 bar，流量为3-7 m

所述的等离子弧炬发生单元的发生电源输出电压为200-400 V，电流为50-150 A，运行功率为15-35 kW。

所述的热分解反应单元的反应内腔腔体为耐高温的刚玉复合浇注材料，主要成分为Al

所述的反应内腔的腔体外壳布置有冷却单元，冷却介质为工艺水，工艺水从第二冷却水进口进入冷却单元，经过热交换后从第二冷却水出口流出。

所述的热分解反应单元的冷却单元外壳通过导电性能良好的导线进行接地。

所述的尾气中有害气体气体主要是指电子工业生产过程中产生的硅烷气、磷烷、三甲基铝（TMA）等有害气体，气浓度为1-2%，处理的尾气流量为30-200 m

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1）本发明实现了利用文丘里式反应单元耦合等离子弧炬高效分解尾气中的硅烷气、磷烷等有害气体组分；

2）本发明针对低尾气量、高浓度有害气体的工艺废气具有较好的适用性；

3）整体结构简单、紧凑，经济实用，等离子弧炬与文丘里管高效耦合，运行稳定可靠，具有很好的应用前景。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图；

图中标记说明：等离子弧炬1、尾气进气单元2、阳极接口3、第一冷却水进口4、保护气进口5、阴极接口6、第一冷却水出口7、第二冷却水出口8、文丘里式反应单元9、连接法兰10、尾气处理出口11、第二冷却水进口12、冷却单元13、等离子弧炬发生单元14、缩口管15、喉管16、扩散管17、反应内腔18、热分解反应单元19。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示，一种文丘里管耦合等离子弧炬高效热分解有害气体的装置，主体装置包括尾气进气单元2、文丘里式反应单元9、等离子弧炬发生单元14和热分解反应单元19；其中，文丘里式反应单元9包括缩口管15、喉管16和扩散管17；等离子弧炬发生单元14包括等离子发生电源的阳极接口3、第一冷却水进口4、保护气进口5、阴极接口6和第一冷却水出口7；热分解反应单元19包括等离子弧炬1、反应内腔18和冷却单元13，冷却单元13包括第二冷却水出口8和第二冷却水进口12。

① 工业生产过程中产生的硅烷气、磷烷有害尾气通过尾气进气单元2输送至文丘里式反应单元9，通过文丘里式反应单元9的气体喷射作用，形成一个压力梯级区，带动进口处的尾气快速进入热分解反应单元19；

② 进入热分解反应单元19的尾气与等离子弧炬1产生的高温反应区进行充分混合接触并反应，文丘里式反应单元9的扩散管17出口尾气流速减小，在热分解反应单元19的入口处形成湍流区，增加气体与等离子弧炬的接触时间，并进行高效的热分解反应，进一步促进尾气中有害气体的转化分解；

③ 等离子弧炬1由直流等离子弧炬发生单元14产生，在阴极接口6和阳极接口3间产生等离子炬，并通过保护气进口5吹出等离子弧炬1进入热分解反应区，为热分解反应区提供有害气体组分的热分解能量。

所述的文丘里式反应单元9包括一体化设计的缩口管15、喉管16和扩散管17，喉管直径为30-40 mm，喉管长度与其直径比为1.2~2:1；扩散管的扩散角为10-40度，长度为喉管长度的3~5倍。

所述的文丘里式反应单元9中的喉管16中气体流速为40-70 m/s，扩散管17出口气体流速为10-15 m/s。

所述的等离子弧炬1由等离子炬发生组件非转移式产生，阴极接口6中心阴极丝接等离子发生电源，外筒与阳极接口3相连，外筒内层有冷却水保护，冷却水通过第一冷却水进口4进入，通过第一冷却水出口7流出。

所述的等离子弧炬发生单元14的冷却水量为1-5 m

所述的等离子弧炬发生单元14的保护气为氮气、空气等，气体压力为3-8 bar，流量为3-7 m

所述的等离子弧炬发生单元14的发生电源输出电压为200-400 V，电流为50-150A，运行功率为15-35 kW。

所述的热分解反应单元19的反应内腔18腔体为耐高温的刚玉复合浇注材料，主要成分为Al

所述的反应内腔18的腔体外壳布置有冷却单元13，冷却介质为工艺水，工艺水从第二冷却水进口12进入冷却单元，经过热交换后从第二冷却水出口8流出。

所述的热分解反应单元19的冷却单元13外壳通过导电性能良好的导线进行接地。

所述的尾气中有害气体气体主要是指电子工业生产过程中产生的硅烷气、磷烷、三甲基铝（TMA）等有害气体，气浓度为1-2%，处理的尾气流量为30-200 m

实施例1

将1% 硅烷气（氮气作载气）模拟尾气输送至热分解反应器单元，尾气流量为200m

通过上述文丘里管与等离子弧炬耦合作用的技术实施过程，硅烷气降解效率＞99.5%。

实施例2

将1% 硅烷气（氮气作载气）模拟尾气输送至热分解反应器单元，尾气流量为200m

通过上述文丘里管与等离子弧炬耦合作用的技术实施过程，硅烷气降解效率＞99.7%。

实施例3

将1% 磷烷气（氮气作载气）模拟尾气输送至热分解反应器单元，尾气流量为100m

通过上述文丘里管与等离子弧炬耦合作用的技术实施过程，硅烷气降解效率＞99.8%。

实施例4

将含有硅烷气1-2%的实际尾气输送至热分解反应器单元，尾气流量为200 m

通过上述文丘里管与等离子弧炬耦合作用的技术实施过程，硅烷气降解效率＞99.6%。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。