洁净厂房排气处理设备

1.1  排气处理设备类型

根据各行业洁净厂房的产品种类不同、生产工艺不同、生产工艺设备不同，它们所排出的所谓局部排风(气)中含有的物质差异很大，排放浓度也各不相同。为将排气处理达到标放标准.需采用不同类型的排气处理设备。若按排气类型可分为酸性废气、碱性废气、有机废气、特种废气或可燃易爆气体废气、医药产品生产的有害或有毒废气、含粉尘废气等，若按处理方法的不同可分为干法、湿法、吸附法、热氧化法、催化氧化法、过滤法等类型。为应用方便，现以排气类型进行介绍。

(1) 酸性废气处理 

酸性废气一般采用干法吸附或湿法中和的方法进行处理。干法吸附采用专门的固体吸附剂吸附去除各种酸性物质。干法吸附处理设备可按废气中有害物质的成分装填不同的吸附剂，被吸附酸性物质在吸附体内反应生成无害的产物，当吸附剂吸附容量达到饱和后应进行再生或一次性更换。这类处理装置结构简单、运行方便，且设在室外没有冻结的危险;但阻力较大，且处理装置的初、终阻力相差较大，会造成排风系统风量的不稳定，这对保证排风系统的正常运行以及洁净室的正压和洁净度带来不利影响。湿法中和是设置湿式洗气吸收塔，排气经过喷淋等方式与不同浓度的液体 NaOH 中和，达到去除废气中的酸性物质目的;有些有害物质虽然不和NaOH起中和反应，但能溶解于水或与水发生反应，从而也能达到去除目的。湿法处理设备的喷淋填料洗涤是通过循环泵加压并不断从喷嘴喷出的 NaOH 溶液与废气中的酸性物质发生中和反应，从而达到净化处理目的;装置中的填料使气流与溶液增加接触面积，提高去除效率，阻力小且运行比较稳定，已在电子工厂中得到广泛应用。图 1.7.5 是几种洗气吸收塔的示意图。实际应用时应根据酸性气体的类型、浓度和使用要求，选择合适的洗气吸收塔类型。

一般酸性废气系统设备的设计建造要求与碱性废气处理设备相似，其所采用的填料洗涤式处理设备可根据本节前述要求、规定实施。对于集成电路芯片、平板显示面板制造过程排出的含氢氧化物和高浓度酸性废气处理在 GB 51401 中作了相应的规定，其中对含有 NO2 和 NO混合的NO2，除应进行酸碱中和处理外，还应进行氧化、还原反应去除 NO2，一般当二氧化氮 (NO2) 含量超出排放标准时，应采用还原处理;当一氧化氮 (NO) 含量超出排放标准时，应采用氧化、还原处理。其综合处理效率不应低于 90%，并且处理过程中产生的副产物排放浓度不应超过排放标准.

由于酸液喷淋清洗型设备、加热的酸清洗槽等排出高浓度酸性废气，普通的酸性废气处理装置已不能满足要求，因此宜在产生高浓度酸性废气的工艺设备附近设置尾气处理设备，处理后再进入中央处理系统。若条件限制不能设置尾气处理设备时，应独立设置废气处理系统，并应采取多级喷淋处理方式。

(2)碱性废气处理 

碱性废气包括氢氧化钾、氢氧化钠、氨、胺等碱性物质的排气，若与酸性排气相混合会产生结晶沉淀物，造成排气系统堵塞，为此碱性废气处理应单独设置。碱性废气处理装置一般均采用湿法填料喷淋洗涤方式，如在集成电路晶圆生产线的显影工序等氨废气处理装置即属此类;其所采用的循环喷淋液一般为 10%左右的稀硫酸溶液。氨气经喷淋洗涤后溶解在循环液中，循环液按处理状况定期排放至企业的废水处理站处理达标后排放，而氨废气处理装置排出的废气还应送至酸废气处理装置处理达标后排放。

对碱性废气处理系统所用的填料洗涤式处理设备在国家标准 GB51401 中作了有关要求，主要有:填料洗涤式废气处理设备应包括塔体、填料、循环泵、喷淋管道、喷头、集水槽、补排水管路、除雾器和自动控制系统等。处理设备塔体应由耐酸碱腐蚀的材料制作，并能承受系统工作压力、在工作压力下变形量不应大于 1/200: 塔体上应设置观察窗和检修口。填料塔的填料应具有耐腐蚀、低阻力、抗变形、比表面积大的特性。应根据处理设备的入口废气浓度、出口废气浓度、空塔速度、喷淋强度、填料技术参数计算确定填料层数和厚度。填料的设计使用寿命不应低于5年。

每套处理设备的循环喷淋泵均应设置备用，以确保当循环泵发生故障时，能即时投入备用泵防止喷淋塔停止运行，致使废气处理系统不能达到连续运行要求。循环喷淋泵流量不应小于计算流量的1.25 倍，喷头设计供液压力不应低于工作压力的 1.2 倍。循环喷淋泵入口应设置过滤器。喷淋管道应为耐腐蚀管道，管道及配件承压不应低于 1.0MPa。喷头应由耐腐蚀材料制作并均匀布置。集水槽应为整体构件，有效容积不应小于循环管路容积及填料持液量之和的 2 倍。除雾器对大于 10μm 粒径的水雾除雾效率不应低于 99%。

填料洗涤式废气处理设备应设置日用加药罐和加药泵，集中设置的加药泵应设置备用。日用加药罐应采用耐酸腐蚀材质制作，并应根据碱性废气成分、浓度、风量确定罐体容积。日用加药罐应设置液位探测计，输出液位报警信号，并应设计可目视的液位计。加药泵宜采用计量泵，泵体应采用耐酸碱腐蚀的材质。加药管道应采用双层管道，避免酸类物泄漏，引起人员和设备、管道损害。

填料洗涤式废气处理设备的自动控制装置应设置循环液 pH、电导率、液位、填料压差和循环喷淋泵出口压力监控装置，并应设置 PLC 就地控制装置，自动控制加药、排水、补水以及风机状态监视;监控信号应上传至工厂中央监视控制系统。

处理设备及加药装置四周应设置围堰或防渗集液盘，并应设置漏液监测装置。

(3) 有机废气处理 

由于各行各业洁净厂房产品生产过程的差异，排出有机废气中所含物质的成分较为复杂，如集成电路晶圆制造过程产生的有机废气大部分由涂胶和清洗工序等排出，废气中含有异丙醇、苯、甲苯、非甲烷总烃等成分;在药品生产过程也有各类溶剂、异丙醇等组分的有机废气排出。

有机废气的处理方法通常有吸附法、浓缩吸附、催化氧化和蓄热氧化、冷凝法等。吸附法通常是利用活性炭吸附废气中的有机物，将生产过程中产生的有机废气收集后导入活性炭吸附装置内、使废气中的有机物被活性炭吸附。活性炭吸附饱和后采用较高温气体将被吸附的有机物加热脱附再生、加热再生后的活性炭循环使用。由于吸附所采用的吸附剂一一活性炭等的吸附性能都对吸附过程的温度、相对湿度具有要求，因此温度不宜超过 40℃，相对湿度不宜超过 80%，以确保吸附剂的吸附容量达到规定的设计值，并做到稳定、可靠的运行。若生产工艺设备排出的挥发性有机废气的温度、相对湿度超过规定值，一般可混入低温、低湿的空气以满足要求，必要时还可设置冷却器进行降温、除湿处理，但除湿后可能还需复热达到要求的相对湿度。

氧化法是在高温下将有机物质和空气中的氧气结合生成无害的 H2O 和 CO2,，有直接氧化、催化氧化和吸附浓缩等。直接氧化是有机废气直接送入氧化炉处理达标排放。催化氧化是在催化剂的作用下使有机物质在一定温度下氧化反应去除，与直接氧化法相比氧化反应温度降低，节省能源。

吸附浓缩是利用分子筛或称人造沸石的吸附作用吸附有机气体，然后以高温气体加热脱附再生恢复吸附性能。脱附再生排出的高浓度有机气体经氧化变为 CO2和 H2O排入大气.

沸石转轮 (zeolite rotor) 浓缩-烧装置是目前在电子工业洁净厂房中应用的有机废气处理装置，人造沸石对许多低沸点的极性溶剂 (如异丙醇、丙酮) 及高沸点溶剂 (如二甲苯、乙二醇醚)均具有吸附功能，并且可承受较高的脱附再生温度。沸石转轮是以陶瓷材料做成蜂窝状圆盘，转轮表面涂覆分子筛吸附剂。

据了解，目前在微电子产品生产过程中排出的挥发性有机物废气排放浓度大体为 100~1000mg/m3（甲烷计），属低度至中度浓度范围，但排风量通常很大。废气中浓度在 50mg/m3(甲烷计) 以下的挥发性有机物废气，有的已基本可满足近一段时间相关大气排放标准的要求，但为确保洁净厂房内产品生产的稳定运营，且不会由于生产过程短时的废气中有机物浓度的不稳定，造成环境污染因此建议采用活性炭吸附法进行处理后排放。对于浓度不高于 1000mg/m3的有机物废气的处理若采用直接氧化或蓄热氧化的方式需大量耗用辅助燃料，运行成本高，因此在 GB 51401 中推荐转轮浓缩和热氧化工艺:应采用转轮浓缩至 1/5~1/15，既提高有机物浓度，又减少需氧化处理的风量，热氧化工艺包括热氧化及热回收系统和蓄热氧化系统。当挥发性有机物废气的浓度大于1000mg/m3时，推荐采用蓄热氧化的方式进行直接处理;一方面是因为蓄热氧化的热回收效率可达95%、另一方面是可简化流程，较大程度地节约了系统的投资费用。旋转蓄热氧化是蓄热氧化装置中热回收效率和焚烧效率均较好的装置，蓄热催化氧化工艺则通过催化剂在较低的温度下进行热氧化作用，同时也具有很高的蓄热换热效率。下面介绍应用较多的几种挥发性有机物处理装置。

1)活性炭吸附装置:对于低浓度挥发性有机物废气的一次性活性炭吸附法或抛弃工艺，一般采用投资最少的固定床工艺，通过接触时间确定吸附床层厚度，固定床中吸附剂与气体的接触时间通常为0.5~2s;所用活性炭的四氯化碳吸附率 (质量分数) 宜大于 60%，以确保活性炭具有一定的吸附能力;活性炭颗粒的直径影响固定床层阻力且还影响活性炭的充分利用，因此建议采用3mm以下的粒径。由于吸附为放热过程，同时活性炭含有的一些金属及金属氧化物杂质具有一定的催化作用，活性炭床在吸附高浓度气体、吸附饱和或外界高温的情况下可能会出现自燃危险，因此活性炭吸附塔附近需配备消防系统或放置灭火器。

2)转轮浓缩+热氧化系统: 由转轮吸附浓缩系统、热氧化系统和自动控制系统等组成。工艺排气在进入浓缩转轮前会分流一定比例的废气通入转轮冷却区作冷却用气，其余的废气进入吸附处理区经吸附处理达标后可直接经排气简排至大气。部分工艺排气作为转轮冷却用气可以减少吸附处理气体的流量。

冷却转轮并使转轮恢复吸附功能的废气进入换热器，通过与热氧化炉膛内抽出来的一定流量烟气换热升温至 180~220℃，并不得超过 300℃，返回进入转轮的脱附区将吸附浓缩在转轮上的VOCs 脱附，形成高倍浓缩的废气气流。浓缩后的废气再通过换热器加热进入直燃式热氧化器被高温热裂解为二氧化碳与水的达标废气，与前述经吸附处理区的达标废气合并后，由排气筒排放至大气。转轮浓缩+热氧化废气处理装置流程示意图见图 1.7.6。

目前挥发性有机物排放限值比较严格的行业或地区要求在 50mg/m3以下，浓缩后气体在热氧化系统处理人口可能达到 5000mg/m3以上，因此要求净化效率不小于 99%。在保证热氧化条件合理的情况下，99%的热氧化效率是完全可以做到的。

由于氮氧化物也是目前我国纳入总量控制的污染物，因此要求在控制挥发性有机物污染的热氧化过程中应防止出现氮氧化物的二次污染，为此在 GB 51401 中规定热氧化反应器后排气中氮氧化物的浓度不应大于16mg/m3。

转轮吸附浓缩装置采用疏水性的吸附材料担载于蜂窝基材表面形成的吸附材料。转轮吸附设备的选择应根据其对处理气体的吸附、脱附性能以及吸附区的设计面风速、转轮厚度和转速等综合因素进行。转轮吸附装置通常划分为吸附区、再生脱附区和冷却区，吸附区的设计面风速不宜大于3m/s; 转轮厚度不宜小于400mm，转速宜为 2~6r/h;“三个区域”之间应密封隔离，漏风率不应大于 1%。尽管转轮本身不具有可燃性，但也曾出现过吸附在转轮上的挥发性有机物焖烧的情况，因此对于部分应用场合 (尤其是含有酮类物质的挥发性有机物气体) 通常配置氮气自动充及消防水自动喷洒装置，并设置 PLC 转轮温度联锁控制系统，以防止异常或停机时出现转轮焖烧的危险。

挥发性有机物气体直接热氧化的净化效率取决于燃烧温度、停留时间、供氧量及气流紊动混合程度，因此要求气体热氧化温度应控制在 730~800℃，停留时间一般不小于 0.75s 的下限条件。从节能和安全的角度考虑，热氧化设备设置的绝热层应确保炉体外表面温度不大于 60℃，通常炉体绝热材料的厚度不小于150mm。换热器的换热效率不宜小于 65%，由于是气气换热，因此推荐采用管壳式换热器以确保换热效果。

3) 转轮浓缩+蓄热氧化系统: 由转轮吸附浓缩系统、蓄热氧化系统和自动控制系统等组成。由于两塔式蓄热氧化布置方式在气流方向切换时存在泄漏的可能性，因此对切换阀门的速度和密封性均要求严格。从确保热氧化效率的角度考虑，推荐采用三塔式或旋转式的工艺布置方式。根据技术经济的需要，蓄热氧化系统的热效率不应小于 90%。蓄热材料因湍流换热的需要，往往阻力较大，造成运行电耗增加;综合换热和气流阻力的因素，要求蓄热材料压力损失不宜大于3500Pa。转轮浓缩+蓄热氧化工艺流程图见图 1.7.7

挥发性有机物气体蓄热氧化的净化效率取决于氧化温度、滞留时间、供氧量及气流紊动混合程度，因此要求蓄热氧化设备气体氧化温度控制在 780~880℃，滞留时间一般不小于 0.75s 的下限条件。蓄热的断面风速和填装高度是蓄热热回收率的重要影响因素，蓄热层的断面风速一般为1.1~1.5m/s(标准工况下)，蓄热材料的高度一般控制在 0.8~1.6m 范围。为保证蓄热氧化的净化效率，气流切换阀门的泄漏率不应超过 0.5%。蓄热氧化设备设置的超温强制排风措施应包括PLC温度联锁、高温排气阀和烟气混合腔室等。从节能和安全的角度考虑，蓄热氧化设备的绝热层应确保炉体外表面温度不大于 60℃。炉膛绝热层的要求如下:陶瓷纤维棉，厚度不小于250mm，耐热温度不小于 1250℃。炉体绝热层的厚度不小于 150mm。由于蓄热床内频繁出现温度变化，因此通过选择膨胀系数不大于 6X10^-6m/(m·C)的蓄热材料来避免因蓄热材料风化而导致的故障或换热效率下降。

旋转蓄热氧化设备 (RRTO) 较普通蓄热氧化设备增加了旋转阀和清洗功能，其进出气配向阀采用圆形连续式旋转，克服了传统式蓄热氧化设备背压波动、阀门泄漏的问题;由于增设废气吹扫区，可在吸放热切换时将蓄热床未热氧化的残余废气吹入炉膛氧化，较好地克服了 VOCs 去除效率波动的问题，见图 1.7.8。旋转蓄热氧化设备根据风量不同一般划分为 6 个以上的偶数区(2n，n≥3)，其中n-1 个区为进气区，n-1个区为出气区，一个区为吹扫区，一个区为待机区。吹扫风量不小于总风量的 1/6。吹扫风由吹扫风机提供压力，静压不小于 3500Pa。床层厚度根据蓄热效率确定。

与其他类型的蓄热氧化设备一样，旋转式蓄热氧化设备要设置过热状态时热气体旁路排放控制系统，以有效控制炉膛过温问题。当炉膛温度超过温度设定点时，开启热气体旁路控制风门.让炉体热量不经过蓄热床，直接通过排气筒排放至大气，从而有效降低和控制炉膛温度。该设备能有效扩大氧化设备进气浓度的允许操作范围，同时在系统发生故障时，亦能有效降低炉温。

4)冷凝过滤废气处理:对于含高沸点挥发性有机物的废气推荐采用冷凝过滤处理方式，如体积浓度大于1%、沸点>150℃的剥离液挥发性有机物废气一般采用冷凝净化进行预处理。常见的去光阻剥离液、去光阻工艺所涉及的挥发性有机物种类和物化特性见表 1.7.10。冷凝净化过程的出口浓度主要取决于出口气体的温度，因此建议冷凝冷却器采用5~8℃的冷却水，通过合理确定的冷却器换热面积确保冷凝净化系统的最终排气温度不大于 12℃，以控制排气中的气态 VOCs 浓度。冷凝器后设置的末端过滤除雾器用来将气体中小于 10μm 的雾滴去除，并应将冷凝液体排放至指定的安全容器内。

(4) 含粉尘排气处理  

各行业洁净厂房中因产品不同、生产工艺过程和设备不同，排气中粉尘的种类、浓度、危害性差异较大，如固体制剂药品生产洁净室中的粉碎、称量、配料、混合制粒等工序或房间常散发各种粉尘、有害物质，应按排气中粉尘的种类、浓度选用相应的除尘设备或过滤设备。对于某些含尘浓度较高或粉尘的粒度分布特点、细颗粒浓度较高等排风系统，根据具体工程情况还要设二级除尘装置，以确保经除尘后的排风达到排放标准或达到回用的要求。洁净室排风除尘装置一般采用布袋除尘器、带过滤元件的过滤装置，若要回用应设置高效过滤器。图1.7.9 是带过滤元件的除尘装置。当生产工艺设备排出的废气中含炽热颗粒物或火星、废气温度高于滤料连续使用的最高耐温限值、废气含尘浓度超过滤料的处理上限、粉尘需要分级回收等时，这类排气在进入袋式除尘器前，应设有相应的预处理装置。袋式除尘器的过滤风速应小于1.8m/min;滤筒式除尘器的过滤风速应小于 1.2m/min。

除尘器的类型应根据排气中粉尘的物化特性、粒径、浓度等因素选择。表 1.7.11 是常用除器的类型与性能。

当采用滤料过滤方式处理粉尘时，滤料的选择应做到: 滤料的连续使用温度应高于除尘器进口气的温度及粉尘温度，并应根据排气和粉尘的物化特性确定滤料材质和结构;选择滤料时应考虑除尘器的清灰方式;对含湿量大、粉尘易潮结和板结、粉尘黏性大的排气，宜选用表面光洁度高、憎水性的滤料，且除尘器应设置加热、保温措施;对于微细粒子高效捕集、车间内空气净化回用、高浓度含尘气体净化等场合，可采用高精度滤料或增加末端高效过滤模块。

排气中含有爆炸性粉尘时应采用抗静电滤料;腐蚀性废气的滤料应进行防腐处理;当滤料有耐酸、耐氧化、耐水解的要求时，可采用复合材料。

当排气温度小于130℃时，可选用常温滤料;当排气温度高于 130℃时，应选用高温滤料;当排气温度高于 260℃时，应对排气进行预冷却处理等。

(5) 特种废气排气处理 

在电子工业洁净厂房中电子产品生产过程中化学气相沉积 (CVD)、离子注入、刻蚀等工序的工艺设备排出的含有毒性、腐蚀性、氧化性、自燃性、可燃性、窒息性等物质的废气，被电子行业称为特种废气，具有代表性的有硅烷 (SiH4)、磷烷 (PH3)、砷烷( AsH3 )、硼烷 (B2H6)等烷类和含氟化合物 (PFC) 等特种气体废气。各种特种气体通常在生产工艺设备邻近处或组合为整体的“气体检制阀箱”注入反应室，经高温反应后一部分形成各类氧化物、化合物沉积在硅表面，较大的部分由真空泵抽出，一般称为尾气或废气;排出尾气中含有的“特气”浓度较高且毒性很大、危害性高，所以排入大气前必须进行有效的处理。一般这类尾气排出生产工艺设备后应进入现场处理设备 (loal scrubber) 将其转化为较安全的形态。

现场处理装置又称使用点 (point of use，POU) 处理装置，在 POU 进行尾气处理具有如下特点:a.在高浓度低流量的状态进行处理可得到较高的处理效率，b.尾气中仅含有单一生产工艺设备的反应气体和反应产物，有利于获得处理设备的最佳操作条件;c.不同工艺设备产生的尾气进行单独处理，可避免不能兼容的化学物质相互混合，消除因此可能发生的安全事故。尾气通常由现场处理设备处理后再排入酸废气排风系统中，此时尾气的成分将包含处理衍生的产物如盐酸气、二氧化硅微粒等。

含硅烷、磷烷、砷烷等烷类的尾气从生产工艺设备排出后，通常接至燃烧/热裂解或化学吸附类现场处理装置;含有氟化合物  CF4 、CHF3、BF3、SF6、NF3，等从干法刻蚀和 CVD 工序排出的尾气，由于这类氟化合物在自然环境中的生命周期长达数万年之久，并且这些气体分子对红外线的吸收能力极强，是造成全球温室效应的主要污染物之一，已经成为全球环境的关键问题。对含有氟化合物尾气常用的处理方法有催化剂裂解法，是利用化学吸附、氧化及水洗方式，将有毒、有害气体与物质裂解、去除;高温燃烧裂解法，是将有害废气加热至高温，使其化合物的化学键断裂分解，达到处理的目的;等离子处理法，是利用局部高温将全部或部分分子键裂解，再经化学重组将氟化合物转换成其他较易处理的化合物。

在国家标准《电子工业废气处理工程设计标准》(GB 51401) 中对特种废气处理进行了相关规定，主要有;特种废气宜在使用特种气体的工艺设备附近进行处理，并应根据工艺生产过程中产生的污染物性质和浓度等因素，选择尾气处理设备/现场废气处理装置 (POU)的形式;由于尾气处理装置处理后的排气中还含有污染物，所以特种废气经尾气设备就地处理后，应接入集中/中央废气处理系统进行再处理。中央废气处理系统应根据污染因子特性进行设计。从尾气处理设备出口至中央废气处理设备的管路应保持负压状态。特种废气的排风管道及附件应采用不燃材料制作;安装在室外的尾气处理装置以及管道的材质应采取防腐、防紫外线措施。当特种废气的尾气处理设备产生粉尘时，系统的设置应做到:废气排入大气前应进行除尘处理;除尘器宜靠近尾处理设备:若尾气处理设备采用淋洗方式时，不宜采用干式除尘法;尾气处理设备与除尘器之间的管路应按除尘系统的要求进行设置。

(6) 医药产品生产洁净室的有害、有毒排气处理

药品是有关人类健康和治疗疾病的特殊产品、为确保药品质量、避免或降低生产过程中的污染和交叉污染，并且也为了保护药品生产作业人员的健康，在《药品生产质量管理规范 2010 年修订)》中规定了生产特殊性质的药品，包括高致敏性药品 (如青霉素类) 或生物制品 (如卡介苗或其他用活性微生物制备而成的药品)，某些激素类、细胞毒性类、高活性化学药品等的生产工序或设备排出的废气必须经过净化处理符合要求后才能排放，其排风口应远离净化空调系统的进风口。在国家标准《医药工业洁净厂房设计标准》(GB 50457)中规定: 青霉素等高致敏性药品、β-内胺结构类药品、避孕药品、激素类药品、抗肿瘤类药品、强毒微生物及芽孢菌制品、放射性药品、有菌 (毒) 操作区等特殊药品生产区的空气均应经高效空气过滤后排放。二类危险度以上的病原体操作区及生物安全室，应将排风系统的高效空气过滤器安装在洁净室 (区) 内的排风口处。对于医药洁净室的排风系统应单独设置的有:不同净化空气调节系统、散发粉尘或有害气体的区域;排放毒性介质的区域;排放介质混合后会加剧腐蚀、增加毒性、产生燃烧和爆炸危险性或发生交叉污染的区域;排放易燃、易爆介质的区域。

对于安装在生物制药、生物制品研究、遗传与生物实验室、动物疾病研究试验室排风系统的高效过滤器应具备使用气密袋安全进行更换的条件，这是因为这类高效过滤器是用来去除排气中有害、有毒物质的，为避免这些有害、有毒物质对周围环境的影响和保护人员健康，高效过滤器在使用过程中应定期进行更换滤芯或整体更换。目前为保护维修人员免受积存在滤芯的有毒、有害物质的危害，在 GB 50457 中规定宜采用安全型袋进袋出的高效过滤器 (bag-in/bag-out filterhousing或state change filter housing)。维修人员在进行排风“高效过滤器”的更换时都在  PVC袋 保护下进行，过滤单元不与外界空气接触，确保人员不会与有害、有毒物质接触。袋进袋出过滤器类似于“组合式空调器”，由过滤器、高效过滤器/吸附器、检测单元等组成。一般可根据用途和功能要求确定组成的设备、单元，但其主要特点是安装、更换、检测过滤器均应在 PVC 袋保护下进行、过滤单元完全不与外界空气接触。袋进袋出过滤器的安装、更换过程主要是: 初次安装过滤器时，将新的过滤单元沿轨道直接推入过滤箱体内锁紧:然后将 PVC 袋子安装在特殊设计的法兰口上，并使用安全带扎紧，确保 PVC 袋与法兰之间密封: 最后将 PVC 袋叠好，封闭检修门，这样 PVC袋和过滤单元就一起封闭在了袋进袋出箱体内。更换过滤单元时，工作人员打开检修门.将双手伸入PVC袋上的手套里，松开过滤单元的锁定装置，将使用过的过滤单元滑入 PVC袋内，然后在中间扎紧袋子将包含过滤单元的部分剪下，这样废弃的过滤单元就通过 PVC 袋子从箱体中移出了。接着把新过滤单元装入新的 PVC 袋子，再将新的 PVC 袋子套在法兰口上扎紧，取下法兰上残余袋口，放入新袋子的手套里，扎紧后将其剪下，再把新袋子卷好，关闭检修门并压紧即完成更换过程。图 1.7.10 是安装中的袋进袋出过滤器。

(7)事故排风处理  

在工业产品生产过程中不可避免地会发生有毒有害物质的泄放，所以设置事故通风设施是保证安全生产和保障人民生命安全的一项重要措施。在各行各业的洁净厂房中根据产品生产工艺状况和可能出现的有毒、可燃和有害物泄放，基本均设有事故排风系统。在 GB 51401 中对事故排风的处理的规定主要如下

事故排风的风量通常依据产品生产工艺要求通过计算确定，但换气次数不得小于 12 次/h。对于高大厂房，按整个车间 12 次/h 换气计算事故通风量时，事故通风系统庞大，且此风量不一定合理，因此应以 6m 高度为界:当房间高度小于或等于 6m 时，按房间实际容积计算:当房间高度大于6m时，按 6m 的空间体积计算。并且通过合理布置吸风口，可以让事故通风系统发挥最大的作用。

有毒有害物质的事故排风系统宜采用稀释方式达到排放浓度要求，当经技术经济比较采用稀释方式不适宜时，应采用吸附、洗涤、焚烧、冷却等处理方式达到排放浓度要求。依据事故排风系统排出口有害物质的浓度不得高于立即危害生命和健康浓度值的 50%，最经济的方法就是稀释排放，但有些有毒物质允许的立即危害生命和健康浓度值较低，当最大事故泄漏量较大时，如采用稀释排放，则所需的稀释风量巨大，明显不经济，且极毒和剧毒物质对人体的危害很大，因此应采用吸附或洗涤等方式净化处理后高空、高速排放。由于砷烷和磷烷难溶解于水，采用淋洗方式几乎无效，因此一般采用吸附方式净化处理:而微电子厂房使用的乙硼烷可采用吸附法，也可采用洗涤方式处理。

采用稀释方式处理事故排风时，如果稀释排风系统中带有多个有毒有害物质储存和输配系统，此时系统的稀释风量要满足系统中任意一个储罐和相关的输配系统发生事故时所需的稀释风量，所以系统的稀释风量要取各种有毒有害物质稀释至立即危害生命和健康浓度 (LDHL)的50%所需空气量的最大值。当采用稀释方式处理事故排风时，应从有毒、有害物质泄漏处进入稀释空气，这是安全、有效的方式，可使系统中大部分空气均处于立即危害生命和健康浓度值以下。

当采用吸附方式处理事故排风时，应根据被吸附物质的性质、浓度、温度、吸附材料特性.系统风量等因素设置吸附处理系统;采用固定床吸附设备时，吸附材料的装填量应满足完全吸附系统中任意一个储罐最大储存量的有毒有害物质;吸附系统的吸附速率应满足完全吸附其系统内任意一个储罐的有毒有害物质最大泄漏量。

采用淋洗方式处理事故排风宜采用直立填料洗涤式废气处理设备。废气处理设备的洗涤液循环泵、若平时不运行，在事故排风点与处理设备之间的距离较短，在启动事故排风系统后，可能事故排风达到处理设备时，填料洗涤设备中大部分填料还未湿润，将会降低处理效果，甚至达不到排放要求，为此该循环泵平时应保持低速运行，事故排风时应高速运行:当事故排风启动后，废气到达处理设备的时间长于处理设备内填料润湿时间时，洗涤液循环泵可仅在发生事故时运行;当有毒有害气体经洗涤液处理后产生雾状有害物时，废气处理设备后应设置除雾器，以防止有害雾状物排入大气，达不到应有的处理效果。

(8)某工程项目废气处理效果实例 

在薄膜晶体管液晶显示器面板 ( TFT-LCD ) 制造用洁净厂房中产品生产工艺及其排出的废气与集成电路晶圆生产工艺及其排出的废气(排气) 大体相似，但排气中的有害污染物种类较少，排气量较大。如一个8代 TFT-LCD制造用洁净厂房的洁净室面积约250000m3，各类排气量共约 420000m3/h (未包括一般废气约 60X10m/h)，在产品生产过程中产生的主要污染物有磷烷 (PH3)、氟化物、氯气 (Cl2)、硫酸雾 (H2SO4)、磷酸雾(H3PO4)、硝酸雾( HNO3 )、氯化 氢(HCI)、 氨(NH3)、二氧化氮 (NO2)、碳化物等。该8代线年消耗 SiH4约 70t，在 CVD 中反应消耗约 21t，未反应的 SiH4高达近 50t，在 POU 设备中燃烧氧化去除约 46t，排入大气约 4000kg/a。在工程设计中对各类废气设置了较为可靠的处理设备，经处理后由排气筒排入大气的排放浓度均可达到标准的规定。表 1.7.12 是某 8代TFT-LCD工程项目废气处理前后的排放情况。

表1.7.13 是某5代TFT-LCD工程的废气处理检测数据。该工程的废气总排放量约 16X10^4m3/h，碱性废气均采用湿法喷淋洗涤，有毒废气、有机废气处理系统示意见图 1.7.11。

1.2  现场处理装置

在电子工业厂房中的集成电路晶圆制造和 TFT-LCD生产用洁净厂房内，由于一些工序或设备排出的废气中有毒、可燃物质浓度较高，为确保洁净厂房安全运行，一般在生产工艺设备邻近处设置现场废气处理装置 (local scrubber) 或称尾气处理装置，有的也作为生产工艺设备的附属装置。尾气处理装置设置在生产工艺设备的工艺排气排出口相邻处，用来处理去除排气中未完全反应的特种气体和反应产物等有毒、有害组分。

对于电子工业洁净厂房中特种废气处理系统的设置，依据电子工厂特种废气的特点和要求，特种废气一般宜在使用设备的附近进行现场处理。通常应根据生产工艺设备在产品生产过程中产生的污染物质的物化性质和浓度等因素，选择尾气处理设备/现场废气处理设备装置 (POU)的形式。特种废气的尾气处理装置包括干式吸附、热氧化型、淋洗型、等离子式以及它们的组合方式等。生产设备与 POU之间的管道连接方式依据生产工艺设备的不同要求有多种方式，通常特种气体在工艺设备的腔体内参与反应，并从腔体排出废气。生产工艺设备与尾气处理设备之间的管道连接，当工艺设备使用的气体不相容时，工艺设备与尾气处理设备应一一对应;工艺设备的排出口与尾气处理设备的进入口应一一对应，不宜合并使用。图 1.7.12~图 1.7.15 是不同工艺设备及同一工艺设备的不同腔体使用的特种气体相容时，可采用的管道连接方式。工艺设备的不同腔体使用不相容气体时，应采用图 1.7.14 的连接方式，工艺设备的废气排出口与尾气处理设备的进入口，应一一对应的连接方式见图 1.7.12~图 1.7.14，在真空泵后管道连接的接头易造成堵塞，所以一般不推荐采用，尤其是特种废气含有颗粒物时不宜采用。

特种废气处理系统中的尾气处理装置 (POU) 与生产工艺设备之间的连接方法依据生产工艺要求的不同而异，在集成电路、液晶显示器面板等生产工艺中一般是将所需的特种气体送入工艺设备的反应腔体，按生产工艺要求进行相应的“反应”形成相应组分、浓度的特种废气，然后通常以真空泵抽吸排出，实现反应腔体及其相连接的特种废气管道保持低压/负压状态。尾气处理设备 (POU) 与真空泵之间的连接管道应减少变径、弯头和接头，以减小管道阻力和避免反应生成的颗粒物、冷凝液聚积，并可减少易燃、易爆、有毒气体的泄漏概率，有利于安全运行。

特种废气的尾气处理装置 (POU) 应根据工艺设备生产过程产生的污染物性质、浓度等因素进行选择，对于可燃类尾气处理装置中的硅烷 (SiH4)、锗烷 (GeH4)宜采用热氧化和洗涤两级处理方式，用于磷烷(PH3)的尾气处理装置宜采用热氧化、催化氧化和洗涤两级处理方式或干吸附方式，处理乙硼烷 (B2H 6）的尾气处理装置宜采用洗涤方式，而处理砷烷 (ASH3) 的尾气处理装置宜采用干式吸附方式。在集成电路生产中的外延设备排出的废气中含有氢气等可燃、易爆物质，所以外延设备装置应按防爆要求设置，并配置防护设施。对于三氟化硼 (BF3)、三氯化硼(BCL3)三氯硅烷(SiHCL3） 、二氯硅烷 (SiHCL2）的尾气处理装置宜采用等离子和淋洗两级方式，用于三氟化氯的尾气处理装置宜采用热氧化和淋洗两级方式。

目前在电子工厂中应用的尾气装置/现场废气处理装置 (POU) 种类较多，制造厂家也很多国内外制造厂家有数十家，但就其废气处理过程和原理大体可分为热氧化/燃烧热处理、湿式处理(淋洗、水洗)、吸附式(千式) 处理、等离子处理、混合处理等方式。

(1) 热处理方式 

一般是利用电力、气体燃料等加热分解或燃烧，将排气中的有害、毒性、可燃物质进行氧化反应，如对排气中的 SiH4、PH3、AsH3、GeH4,、NH3、B2H4、H2，等进行氧化反应;也可用于处理排气中含有的氟化物 (PFCs)、氟气 (F2)等，例如某公司生产的用于处理SiH4、PH3等易燃、有毒气体的现场处理装置，利用天然气等气体燃料将排气中的易燃、有毒气体氧化燃烧，并经水洗后排入排风管路系统。这类设备较为复杂，维护管理也较难，且反应生成物复杂，通常还应将废水处理后才能排放.

(2)湿式处理 (wet) 或液体洗涤式处理 

它是使用中和剂、氧化剂等化学药液或用水，利用填料、滤料等增大化学药液、水与废气的接触表面积，或者以喷淋的形式形成薄雾状态，这样可使液体与废气充分反应。这种处理方式对于一些水溶性的酸碱性气体，如盐酸 (HCI)、氢氟酸(HF)、氟气、澳化氢 (HBr)、氨气等有较好的处理效果;也可用于如 TEOS、TCS、DCS、SiCI4等特种废气的排气处理，但应使用相对应的化学药液进行处理，其处理成本相对较高。现场湿式处理装置较多用于酸性、碱性排气处理。图 1.7.16 是一种电热液体洗涤式现场处理装置.

(3) 干式处理或吸附式处理 

它是利用活性炭等吸附剂去除排气中的有害物质，或通过过滤材料利用筛分、惯性、撞击等原理滤除有害的颗粒物，或者利用上述方法的组合方式。作为现场尾气处理的干式装置常做成“桶状”，可在吸附剂等饱和失效后方便地进行“整体”更替。

(4) 催化氧化处理 

它是利用合适的催化剂的催化作用，使排气中的有毒或可燃组分反应生成无害的气态或固态物质，再采用液体洗涤等方式去除;达到排放标准的废气可经排气筒排放.通常可与热处理方式混合使用或与湿法二级联合使用。图 1.7.17 是一种催化加水洗的现场废气处理装置。根据废气中含有的气体不同组分选择相应催化剂，在催化作用下的反应式，如 SiH4+2O2→SiO2+ 2H20，2PH3+4O2→P2O3十 3H2O等，催化反应生成物按尾气中含有的物质不同可生成固态、气体、液态的酸性、碱性物质，所以通常催化处理后均应设有后续处理装置并进一步去除有害物质，达到排放标准后才能排放至大气。

(5) 等离子型处理装置 

利用电能对废气中的待去除物质等离子化后达到处理的要求，常用于一些全氟化合物(PFCs) 等的尾气处理。

现场废气处理装置采用混合处理可发挥各个处理方式的优点并可结合废气中有害物质的物化

特性，选择有效的混合处理组合获得较满意的处理效果，如在集成电路制造过程中的 CVD 工序用多种特气，其中有水溶性气体、烷类气体或者高温燃烧后是水溶性气体等，采用混合方式进行尾处理是合适的。常见的混合处理方式有电热吸附式、电热水洗式、氧化/燃烧水洗式、催化氧化处理、等离子破坏处理等，现以 CDO (controlled decomposition oxidation) +湿式洗的尾气处理装置为例说明处理的过程。图 1.7.18 为该装置的内部构造。首先通入一定量的压缩空气与进入氧化反应部位的某些工艺废气发生氧化作用，以减轻下游反应腔体的处理负荷。加热反应部位包括连续加热元件以及直筒式反应器。温度控制器显示的是热传感器感知到的反应腔反应温度，并可将腔体温度控制在规定的温度，以使各类特殊气体在此温度下发生热分解和氧化反应;冷却洗涤部位分为一级和二级冷却洗涤，可将通过反应后的废气冷却至低于 50℃，同时对废气进行洗涤去除颗粉状、水溶性气体。最后经水雾分离进一步去除残留微粒和水汽，然后以通入的压缩干燥空气驱使外理后的废气排入排气系统。

转自博瑞康环境科技，版权属于原作者，供学习交流。

• 0人已收藏

• 0人已打赏

  免费
• 2人已点赞

• 分享

  复制链接 新浪微博 微信扫一扫