有害气体的净化方法和净化装置.pdf

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摘要
申请专利号:

CN00137230.0

申请日:

2000.11.30

公开号:

CN1316290A

公开日:

2001.10.10

当前法律状态:

终止

有效性:

无权

法律详情:

未缴年费专利权终止IPC(主分类):B01D 53/86申请日:20001130授权公告日:20050810终止日期:20121130|||授权|||公开

IPC分类号:

B01D53/86

主分类号:

B01D53/86

申请人:

日本派欧尼股份株式会社;

发明人:

大塚健二; 村永直树; 荒川秩; 池田友久

地址:

日本东京

优先权:

1999.11.30 JP 340264/1999

专利代理机构:

中国国际贸易促进委员会专利商标事务所

代理人:

孙爱

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内容摘要

公开了一种有害气体的净化方法,该方法包括:将从使用有机金属化合物作反应原料的反应过程中排出的有害气体,与氧气或空气混合,然后在100℃-800℃的温度下,使混合物与通过在一种无机载体上附载一种贵金属得到的催化剂;含选自氧化钒、氧化铬、氧化锰、氧化铁、氧化铜、氧化银、氧化钴和氧化镍的至少一种金属氧化物的催化剂;或者在一种无机载体上附载该金属氧化物得到的催化剂接触,以净化该有害气体。同时,公开了一种该方法使用的装置。本发明能够确保以有效的方式净化有害气体,在将有害气体净化后,没有排出有机化合物和大量的二氧化碳

权利要求书

1: 一种有害气体的净化方法,该方法包括:将从使用有机金属化合物作 反应原料的反应过程中排出的有害气体,与氧气或空气混合,然后在100℃- 800℃的温度下,使混合物与通过在一种无机载体上附载一种贵金属得到的催 化剂接触,以净化该有害气体。
2: 一种有害气体的净化方法,该方法包括:将从使用有机金属化合物作反 应原料的反应过程中排出的有害气体,与氧气或空气混合,然后在100-800℃ 的温度下,使混合物与含选自氧化钒、氧化铬、氧化锰、氧化铁、氧化铜、氧 化银、氧化钴和氧化镍的至少一种金属氧化物的催化剂,或者在一种无机载体 上附载该金属氧化物得到的催化剂接触,以净化该有害气体。
3: 如权利要求1或2所述的一种有害气体的净化方法,其中有害气体含 有有机金属化合物。
4: 如权利要求1或2所述的一种有害气体的净化方法,其中有害气体含 有有机溶剂。
5: 如权利要求1所述的一种有害气体的净化方法,其中贵金属选自由钌、 铑、钯和铂构成的组中的至少一种。
6: 如权利要求1或2所述的一种有害气体的净化方法,其中无机载体选 自由氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化钛、氧化硅铝和硅藻土构成的组中的至少 一种。
7: 如权利要求1或2所述的一种有害气体的净化方法,其中将有害气体 进行用于有害气体净化预处理的过滤,以移走有害气体中含有的微粉。
8: 如权利要求1或2所述的一种有害气体的净化方法,其中将净化过的 气体进行用于有害气体净化后处理的过滤,以移走有害气体中含有的微粉。
9: 如权利要求1或2所述的一种有害气体的净化方法,其中将净化过的 气体进行用于有害气体净化后处理的冷却。
10: 如权利要求1或2所述的一种有害气体的净化方法,其中有机金属化 合物选自由四乙氧基甲硅烷、双(2,2,6,6-四甲基-3,5庚烷二酮酸)钡,双(2,2,6,6- 四甲基-3,5庚烷二酮酸)锶,四(2,2,6,6-四甲基-3,5庚烷二酮酸)钛,四(2,2,6,6- 四甲基-3,5庚烷二酮酸)锆,双(2,2,6,6-四甲基-3,5庚烷二酮酸)铅,双(乙 烷基环戊二烯基)钌,双(环戊二烯基)钡,双(环戊二烯基)锶,六羰基化 钼,和二甲基戊氧基金构成的组中的至少一种。
11: 如权利要求4所述的一种有害气体的净化方法,其中有机溶剂选自由 沸点为40℃-140℃的醚类、醇类、酮类、胺类和酯类构成的组中的至少一种。
12: 如权利要求4所述的一种有害气体的净化方法,其中有机溶剂是四氢 呋喃。
13: 一种从使用有机金属化合物作反应原料的反应过程中排出的有害气体 的净化装置,该装置包括:一个有害气体引入管,一个氧气或空气引入管,一 个与所说的两个引入管相连的净化塔,塔内装有通过在一种无机载体上附载一 种贵金属得到的催化剂,一个加热净化塔的装置,和一个用于从净化塔中排放 净化过的气体的排出管。
14: 一种从使用有机金属化合物作反应原料的反应过程中排出的有害气体 的净化装置,该装置包括:一个有害气体引入管,一个氧气或空气引入管,一 个与所说的两个引入管相连的净化塔,塔内装有含选自氧化钒、氧化铬、氧化 锰、氧化铁、氧化铜、氧化银、氧化钴和氧化镍中的至少一种金属氧化物的催 化剂,或者装有一种在无机载体上附载该金属氧化物得到的催化剂,一个加热 净化塔的装置,和一个用于从净化塔中排放净化过的气体的排出管。
15: 如权利要求13或14所述的一种有害气体的净化装置,其中有害气体 含有有机金属化合物。
16: 如权利要求13或14所述的一种有害气体的净化装置,其中有害气体 含有有机溶剂。
17: 如权利要求13所述的一种有害气体的净化装置,其中贵金属选自由 钌、铑、钯和铂构成的组中的至少一种。
18: 如权利要求13或14所述的一种有害气体的净化装置,其中无机载体 选自由氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化钛、氧化硅铝和硅藻土构成的组中的至 少一种。
19: 如权利要求13或14所述的一种有害气体的净化装置,其中一种过滤 器在净化塔之前或之后的一个阶段设置或两个阶段均设置。
20: 如权利要求13或14所述的一种有害气体的净化装置,其中一种冷却 器设置在净化塔之后阶段。

说明书


有害气体的净化方法和净化装置

    本发明涉及一种从使用有机金属化合物作反应原料的反应过程中排出的有害气体净化的方法和装置,具体地说,涉及一种从MOCVD(金属有机化学蒸汽沉积)过程、其他CVD过程或在半导体生产中类似的过程排出的有害气体净化的方法和装置。

    构成半导体装置的绝缘薄膜的材料,包括用于闸门绝缘膜的SiO2、用于电容器绝缘膜的Si3N4、用于分层绝缘膜的PSG(磷/硅/玻璃)和BPSG(硼/磷/硅玻璃)以及类似物。在CVD设备中,已经使用气态原料,如SiH4、NH3、PH3和B2H6作生产这些膜的材料。随着在三维设备和多层互连线路方面的发展,对绝缘膜的平整需求在增加。CVD工艺将开始采用液体有机金属化合物作初始材料,该液体有机金属化合物,包括四乙氧基甲硅烷(Si(OC2H5)4)、三甲氧基硼(B(OCH3)3)和三甲氧基磷(P(OCH3)3),能够克服如空隙(voids)之类的不足,使能够生产高质量的薄膜。另外,已经开发了如一种Ta2O5膜之类的、电介质常数几倍于SiO2膜的新型薄膜。五乙氧基甲钽烷(Ta(OCC2H5)5)是一种液体有机金属物质,被用作Ta2O5膜的原材料。

    而且,近年,作为用于半导体存储器的氧化物型电介质薄膜,已经开发了一种具有高电介质常数及高阶梯覆盖率地铅钛锆酸盐(PZT)膜、钡锶钛酸盐(BST)膜和类似物,并对各种有关这些膜的覆膜方法进行了试验。至于这些膜的原材料,Pb(DPM)2(固体原料)作Pb的来源,Zr(OC(CH3)3)4(夜体原料)作Zr的来源,Ti(OCH(CH3)2)4(液体原料)作Ti的来源,Ba(DPM)2(固体原料)作Ba的来源,Sr(DPM)2(固体原料)作Sr的来源。

    虽然就这些原料中的固体原料而言,通过将这些固体原料保持高温状态,使其汽化,并输送汽化的原料能够得到高纯度的原料,但是得到足够的工业供应量是困难的。因此,一般通过将这些原料之一溶解在如四氢呋喃的有机溶剂中,来使用这些固体原料。同样地,在一种如前所述的多组分型MOCVD过程中,每种原料的供应量被降低。因此,为了高精度地定量供应原料,有时也将一种有机溶剂添加到液体原料中,以控制供应量。

    用于这些原料的大多数上述液体原料、固体原料和有机溶剂有很大的毒性,或没有被证实是否安全。因此,在将这些使用后的物质排至空气前,需要净化这些物质。

    这种从MOCVD过程排出的有害气体一般通过湿法、干法或燃烧法来净化。

    例如,对于采用湿法的净化方法,一种惯用的方法是使含烃氧化物的有害气体与一种含碱性组份的含水溶液接触,吸收并分解这种有害气体,从而净化该气体。

    对于采用干法的净化方法,一种公知的方法是,使含一种烃氧化物的有害气体与一种净化剂接触以净化该气体(日本专利申请特许公开号6-327932),净化剂是通过用一种碱性化合物,如氢氧化钾浸渍一种用氧化铜和氧化锰作主要成份的金属氧化物得到的。同样地,一种公知的方法是,含烷基氢化物,如叔丁基砷和叔丁基膦的有害气体,与一种净化剂接触以净化该气体(日本专利申请特许公开号7-60054),净化剂是通过用一种钴化合物,浸渍一种用氧化铜和氧化锰作主要成份的金属氧化物得至的。

    此外,对于采用一种燃烧法的净化方法,常用的一种净化方法是将含有机金属化合物的有害气体引入可燃性气体,如丙烷和氧气或空气的火焰中,以燃烧该有害气体。

    而且,对于一种含有机金属化合物和有机溶剂的有害气体的净化方法,一种公知的净化方法是,使含有害成分的有害气体与如活性碳或合成沸石,例如分子筛,之类的物体接触,以吸收这些有害成分。

    然而,上述采用湿法的净化方法的缺点是,设备尺寸大,用过的吸收溶液的后处理很麻烦。

    在日本专利申请特许公开号6-327932中所描述的采用干法的净化方法的缺点是,净化醇盐产生的甲醇和乙醇不能被捕获,尽管醇盐中含有的金属能够在净化剂中被捕获。在日本专利申请特许公开号7-60054中所描述的采用干法的净化方法的缺点是,丁烷和丁烯不能被捕获,这与前面的例子类似。

    采用燃烧法的净化方法的缺点是,要求高能耗,并且由于在不处理有害气体的备用阶段也必须保持燃烧状态,因而排出大量的二氧化碳。

    此外,通过使用如活性碳或合成沸石的吸附剂,对含有机金属化合物和有机溶剂的有害气体净化的方法所带来的问题是,分离已被吸附的有害成分取决于处理条件和有害成分的类型,并且在如有害气体净化后吸附剂焚化的后处理问题是很麻烦的。而且,当含有如四氢呋喃的环醚作有害成分时,在氧存在的情况下产生过氧化物。因此,在生产量很大的情况下,对后处理伴随的危险有一种担心。

    因此,本发明的一个目的是解决上述问题,并提供一种有害气体净化的方法和装置,当从如使用有机金属化合物作反应原料的半导体生产过程中排出的有害气体被净化时,该方法和装置能够确保以有效的方式将有害成分净化,而在净化处理后不释放有机化合物和大量的二氧化碳,并且不需要后处理。

    本发明的发明人已经进行了认真的研究,以解决这些问题,结果发现,通过将从如使用有机金属化合物作反应原料的半导体生产的反应过程中排出的有害气体,与一种催化剂接触进行催化燃烧,有害成分能被有效地转化为金属氧化物、水和二氧化碳去净化,在净化处理后没有排出有机化合物和大量的二氧化碳,并且不需要后处理,该催化剂是一种通过在一种无机载体上附载一种贵金属得到的催化剂,一种由一种金属氧化物如氧化钒、氧化铬、氧化锰、氧化铁、氧化铜、氧化银、氧化钴或氧化镍组成的催化剂,或者一种在无机载体上附载上述每个金属氧化物得到的催化剂。这样就实现了本发明。

    因此,本发明涉及一种有害气体的净化方法,该方法包括:将从使用有机金属化合物作反应原料的反应过程中排出的有害气体,与氧气或空气混合,然后在100℃-800℃的温度下,使混合物与通过在一种无机载体上附载一种贵金属得到的催化剂接触,以净化该有害气体。

    同样,本发明涉及一种有害气体的净化方法,该方法包括:将从使用有机金属化合物作反应原料的反应过程中排出的有害气体,与氧气或空气混合,然后在100℃-800℃的温度下,使混合物与含选自氧化钒、氧化铬、氧化锰、氧化铁、氧化铜、氧化银、氧化钴和氧化镍的至少一种金属氧化物的催化剂,或者在一种无机载体上附载该金属氧化物得到的催化剂接触,以净化该有害气体。

    同样,本发明涉及一种从使用有机金属化合物作反应原料的反应过程中排出的有害气体净化的装置,该装置包括:一个有害气体引入管,一个氧气或空气引入管,一个与所说的两个引入管相连的净化塔,塔内装有通过在一种无机载体上附载一种贵金属得到的催化剂,一个加热净化塔的装置,和一个用于从净化塔中排放净化过的气体的排出管。

    此外,本发明涉及一种从使用有机金属化合物作反应原料的反应过程中排出的有害气体净化的装置,该装置包括:一个有害气体引入管,一个氧气或空气引入管,一个与所说的两个引入管相连的净化塔,塔内装有含选自氧化钒、氧化铬、氧化锰、氧化铁、氧化铜、氧化银、氧化钴和氧化镍的至少一种金属氧化物的催化剂,或者装有一种在无机载体上附载该金属氧化物得到的催化剂,一个加热净化塔的装置,和一个用于从净化塔中排放净化过的气体的排出管。

    在以下图中:

    图1(A)是一个剖面图,表示本发明中使用的一种净化塔的一个实例(使有害气体与氧气或空气在净化塔中混合的一个系统);

    图1(B)是一个剖面图,表示本发明中使用的一种净化塔的一个实例(使有害气体与氧气或空气仅在净化塔之前混合的一个系统);

    图2是一个结构图,表示按照本发明的有害气体净化装置的一个实例。

    将按照本发明的净化方法和装置应用于从有机金属化合物作反应原料的反应过程中排出的有害气体的净化,即含有机金属化合物和,如果需要,在氮气、氩气、氦气和氢气等气体中的有机溶剂的有害气体。

    具体地说,在本发明的净化方法中,将从用有机金属化合物作反应原料的反应过程中排出的有害气体,与氧气或空气混合,然后在100℃-800℃的温度下,使混合物与在一种无机载体上附载一种贵金属得到的一种催化剂,一种含选自氧化钒、氧化铬、氧化锰、氧化铁、氧化铜、氧化银、氧化钴和氧化镍中的至少一种金属氧化物的催化剂,或者一种在无机载体上附载该金属氧化物得到的催化剂接触,以氧化该有害气体。

    同样,本发明的净化装置用于,从使用有机金属化合物作反应原料的反应过程中排出的有害气体的净化,该装置包括:一个有害气体引入管,一个氧气或空气引入管,一个与上述两个引入管相连的净化塔,塔内装有前述的催化剂,一个加热净化塔的装置,一个用于从净化塔中排放净化过的气体的排出管。

    在本发明中,作反应原料的有机金属化合物的实例可以包括在环境温度下为液体的醇盐,例如:

    四-异丙氧基钛(Ti(OCH(CH3)2)4),

    四-正-丙氧基钛(Ti(OC3H7)4),

    四-叔-丁氧基锆(Zr(OC(CH3)3)4),

    四-正-丁氧基锆(Zr(OC4H9)4),

    四甲氧基钒(V(OCH3)4),

    三甲氧基氧钒(VO(OCH3)3),

    五乙氧基铌(Nb(OC2H5)5),

    五乙氧基钽(Ta(OC2H5)5),

    三甲氧基硼(B(OCH3)3),

    三-异丙氧基铝(Al(OCH(CH3)2)3),

    四乙氧基甲硅烷(Si(OC2H5)4),

    四乙氧基锗(Ge(OC2H5)4),

    四甲氧基锡(Sn(OCH3)4),

    三甲氧基磷(P(OCH3)3),

    三甲氧基磷氧化物(PO(OCH3)3),

    三乙氧基砷(As(OC2H5)3),和

    三乙氧基锑(Sb(OC2H5)3)。

    除上述化合物外,还可以使用在环境温度下为液体的有机金属化合物,例如:

    三甲基铝(Al(CH3)3),

    二甲基铝卤化物(Al(CH3)2H),

    三-异丁基铝(Al(iso-C4H9)3),

    乙烯基三甲基硅烷合六氟代乙酰基丙酮酸铜((CF3CO)2CHCu·CH2CHSi(CH3)3),

    烯丙基三甲基硅烷合六氟代乙酰基丙酮酸铜((CF3CO)2CHCu·CH2CHCH2Si(CH3)3),

    双(异-丙基环戊二烯基)钨二卤化物((iso-CH7C5H5)2WH2),

    四(二甲基氨基)锆(Zr(CH3)2)4),

    五(二甲基氨基)钽(Ta(N(CH3)2)5),

    五(二乙基氨基)钽(Ta(N(C2H5)2)5),

    四(二甲基氨基)钛(Ti(N(CH3)2)4),和

    四(二乙基氨基)钛(Ti(N(C2H5)2)4)。

    而且,有机金属化合物的实例还可以包括下述在环境温度下分别为固体的化合物:

    双(2,2,6,6-四甲基-3,5庚烷二酮酸)钡(Ba((C(CH3)3)2C3HO2)2),

    双(2,2,6,6-四甲基-3,5庚烷二酮酸)锶(Sr((C(CH3)3)2C3HO2)2),

    四(2,2,6,6-四甲基-3,5庚烷二酮酸)钛(Ti((C(CH3)3)2C3HO2)4),

    四(2,2,6,6-四甲基-3,5庚烷二酮酸)锆(Zr((C(CH3)3)2C3HO2)4),

    双(2,2,6,6-四甲基-3,5庚烷二酮酸)铅(Pb((C(CH3)3)2C3HO2)2),

    双(乙烷基环戊二烯基)钌(Ru(C5H4C2H5)2),

    双(环戊二烯基)钡(Ba(C5H5)2),

    双(环戊二烯基)锶(Sr(C5H5)2),

    六羰基合钼(Mo(CO)6),和

    二甲基戊氧基金(Au(CH3)2(OC5H7))。

    用作有机金属化合物溶剂的有机溶剂也是一种有害成分,将其净化是本发明的一个目的,并且它们的沸点一般为40℃-140℃。给出的这种有机化合物的实例是:醚类,如丙醚、甲基丁基醚、乙基丙基醚、乙基丁基醚、氧杂环丁烷、四氢呋喃和四氢吡喃;醇类,如甲醇、乙醇、丙醇和丁醇;酮类,如丙酮、乙基甲基酮、异-丙基甲基酮和异-丁基甲基酮;胺类,如丙胺、丁胺、二乙胺、二丙胺和三乙胺;和脂类,如醋酸乙脂、醋酸丙脂和醋酸异丁脂。另外,还可使用己烷,庚烷或类似化合物。

    在本发明的净化方法和装置中,至于净化有害气体所用的催化剂,可以使用一种通过在无机载体上附载一种贵金属,如钌、铑、钯或铂生成的催化剂;一种含金属氧化物,如氧化钒、氧化铬、氧化锰、氧化铁、氧化铜、氧化银、氧化钴或氧化镍的催化剂;或一种通过在无机载体上附载上述各金属氧化物生成的催化剂。至于无机载体,那些通过把氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化钛、氧化硅铝、硅藻土或类似物成型为蜂窝状、球状、柱状或类似形状产生的载体,可作为无机载体的实例。

    虽然可以将在无机载体上附载一种贵金属生成的商业上可得到的产品用作这种催化剂,也可使用那些通过象这种由用贵金属盐的含水溶液浸渍一种载体构成的加氢还原方法制备的产品。在本发明中,也可使用一种通过在无机载体上附载两种或更多种前述的贵金属生成的催化剂。

    含金属氧化物的这种催化剂的实例可以包括:VO,V2O3,VO2,V2O5,CrO,Cr2O3,CrO2,Cr2O5,CrO3,MnO,Mn3O4,Mn2O3,MnO2,FeCO,Fe3O4,Fe2O3,Cu2O,CuO,Cu2O3,Ag2O,AgO,Ag2O3,CoO,Co2O3,Co3O4和NiO。这些金属氧化物既可单个使用,也可以两个或更多的混合物的形式来使用。至于混合物,可以使用Mn2O3/CuO或Mn2O3/Fe2O3。

    可以将商业上可得到的产品用于这些金属氧化物。同时,还可使用下述方法得到的氧化物:将一种碱,例如,氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾或氨加入到一种金属盐中,如,硝酸盐、硫酸盐、氯化物或有机酸盐,使其沉淀为一种氢氧化物或氧化物的半成品,然后通过成型烘焙,所产生的沉淀物。在催化剂的制备中,优选加入一种粘合剂,以改进该催化剂的模塑性和模压强度。矾土溶胶和硅石溶胶可作为这种粘合剂的实例。当加入该粘合剂时,粘合剂的数量一般为催化剂总重量的10重量%或更少,优选为5重量%或更少。

    可以将在无机载体上附载前述的金属氧化物的商业上可得到的产品用作这种催化剂。也可使用那些通过用如液体状态下的金属硝酸盐或有机酸盐浸渍一种载体,然后通过在空气流或一种隋性气体如氮的物流中热分解,产生一种金属氧化物制备的产品。同时,注意到,也可使用一种通过在无机载体上附载两种或更多种金属氧化物生成的催化剂。

    对该催化剂的形状和尺寸没有特别加以限制。球形、圆柱形、圆筒形和颗粒形为给出的形状实例。至于催化剂的尺寸,球形催化剂的直径为0.5-10mm;圆柱形催化剂的直径为0.5-10mm,高度为2-20mm;对于不定形的催化剂,如颗粒形,按照筛孔的尺寸,优选大约为0.84-5.66mm。当将催化剂装入净化塔时,堆积密度一般为0.4-2.0g/ml,不过取决于它的形状和该催化剂的制备方法。

    下面将参考附图1和附图2,对按照本发明的有害气体的净化方法和装置进行说明,然而,附图并不意味着对本发明加以限制。

    本发明的净化装置可用于从使用有机金属化合物作反应原料的反应过程中排出的有害气体的净化,该装置由以下构成:一个有害气体引入管,一个氧气或空气引入管,一个与所说的两个引入管相连并装有催化剂的净化塔,一个加热净化塔的装置,一个用于从净化塔中排放净化过的气体的排出管。作为该净化塔的实例,给出了一种如图1所示的净化塔。

    在图1(A)中,有害气体在净化塔中与氧气或空气混合,然后使混合气体在所说的净化塔内与催化剂1接触,以净化有害成分。另一方面,在图1(B)中,有害气体仅在净化塔之前与氧气或空气混合,然后将混合气体引入净化塔中,在这里使混合气体与催化剂1接触,以净化有害成分。没有对该净化塔的材质进行特别地限制,只要它具有耐腐蚀并耐热的性能。尽管可以使用碳钢、锰钢、铬钢、钼钢或不锈钢作这种净化塔的材质,但通常使用不锈钢,如SUS316或SUS316L。

    这种净化塔的形状一般为圆柱形。至于该塔的尺寸,内径一般为10-500mm,长度大约为20-2000mm。装在净化塔内的催化剂的装填长度一般约为10-1000mm,优选约50-500mm。当催化剂的装填长度低于10mm时,有害气体的净化是不充分的,而当装填长度超过1000mm时,压降增加。至于用来加热该净化塔的装置,一般将一个加热器2安装在净化塔的外侧,如图1所示,并且用一个温度传感器3和一个外部控制设备控制温度。用一个多段(multi-divided)加热器作该净化塔的加热器,可以控制温度。在图1中,标志4-7分别表示,一个引入有害气体的引入口4,一个引入氧气或空气的引入口5,一个净化过的气体的排出口6,和一个引入有害气体和氧气或空气混合气体的引入口7。

    在按照本发明的有害气体的净化装置中,优选在净化塔之前和/或之后阶段设置一个过滤器,以捕获在净化塔之前阶段的MOCVD过程或类似过程产生的粉末,如金属和金属氧化物,从而避免增加压力降,或防止在净化塔中产生的如金属氧化物之类的粉末向外排放。在净化塔之后阶段设置一个冷却器也是所希望的,用以迅速冷却从净化塔中排出的净化过的气体。这种净化装置的一个实例如图2所示。

    在本发明的净化方法中,从使用有机金属化合物作反应原料的反应过程中排出的有害气体与氧气或空气混合,然后在100℃-800℃的温度下,使混合气体与前述的催化剂接触,通过催化氧化,将有害成分转化为金属氧化物、水和二氧化碳,从而净化该有害气体。一般用前述的净化装置实现本发明的净化方法。这种净化装置的一个实例如图2所示。

    在图2所示的净化装置中,将从一种MOCVD过程或类似过程排出的有害气体,通过一个有害气体引入管16引入到净化塔8中,而氧气或空气通过氧气-或空气-引入管15引入到净化塔8中。除有机金属化合物和这些化合物的反应产物以外,该有害气体有时还含有前述的作有害成分的有机溶剂。用一个温度调节器11,将引入到净化塔中的有害气体控制在100-800℃的温度范围内,在净化塔中与催化剂接触,以氧化和净化有害成分。从净化塔8中排出的净化过的气体进入一个排出管17,使其穿过一个换热器9,一个冷却器10,一个过滤器12和一个鼓风机13,然后排至空气。

    前述混合气体与催化剂接触的温度,优选为100℃-800℃,更优选为200℃-500℃,不过它取决于有机金属化合物的类型和数量。

    有害气体的流率一般为5-5000ml/min。将氧气或空气与有害气体的混合比控制在这样一种范围,即在有害气体与氧气或空气混合后,有害成分的浓度为2体积%或更少,以避开爆炸范围,不过它取决于有害气体的类型。与氧气或空气混合后的有害气体同催化剂接触的时间一般为0.01-5秒,优选为0.1-2秒。催化剂的装填长度根据上述条件来决定。

    有害气体与催化剂接触的温度优选为100℃-800℃,即使含有有机溶剂作有害成分。然而,在没有有害气体被引入的条件下,即,在备用期间,将催化剂的温度保持在比要净化的有机溶剂的燃点高100℃至比它的燃点低100℃的温度范围内是优选的。例如,当含有作有机溶剂的四氢呋喃的气体被净化时,在备用期间,催化剂的温度优选保持在221℃-421℃,因为四氢呋喃的燃点为321℃。在备用期间,当催化剂的温度保持在低于燃点100℃或更多时,将降低有害气体的净化效率,而在备用期间,当催化剂的温度保持在高于燃点100℃或更多时,由于净化过程中产生的热量使温度过度提升,可能会损害净化装置。即使在含有有机溶剂作有害成分的情况下,也通常在有害气体与氧气或空气混合后,将有害成分的浓度控制在2体积%或更少。

    根据上面的详细说明,本发明确保以有效的方式,将从半导体生产过程以及类似过程排出的有害气体净化,在有害气体被净化后没有排出有机化合物和大量的二氧化碳,不需要后处理。

    下面将通过实施例的方式更详细地说明本发明,但实施例并不意味着是对本发明的限制。

    实施例1

    制造一种如图2所示的用于净化有害气体的净化装置。使用与如图1(A)所示那种净化塔形式相同的,用SUS316L制造,内径为40mm,长度为500mm的一种类型作净化塔。将一种通过在球状氧化铝载体上附载钯得到的催化剂(由Nissan Gardler Catalyst制造)装填在净化塔中,装填长度为300mm。

    将净化塔中的催化剂加热到300℃,然后,将含有从半导体过程中排出的、作为有害气体的四乙氧基甲硅烷(流率:1.63ml/min)的氮气(流率:140ml/min),通过一个气体引入管引入净化塔,同时将干空气(流率:18200ml/min)引入到净化塔中,以催化氧化作为有害成分的四乙氧基甲硅烷,从而净化该有害成分。在这种条件下,将有害气体的净化连续进行24小时,在这期间,每间隔两小时,从净化塔的一个排出口排出的部分净化过的气体被取样,用FT-IR(傅里叶变换红外线分光光度计)分析这些样品。结果,作为四乙氧基甲硅烷转化的化合物只检测到二氧化碳和水。

    实施例2

    在与实施例1相同的方式下,将含四乙氧基甲硅烷的有害气体的净化操作进行24小时,只是实施例1中所用的在球状氧化铝载体上附载钯得到的催化剂被用Mn2O3-CuO制造的一种催化剂(由Nissan Gardler Catalyst制造)所取代。在操作期间,每间隔两小时,从净化塔的排出口排出的部分净化过的气体被取样,并以与实施例1相同的方式用FT-IR(傅里叶变换红外线分光光度计)分析。结果,作为四乙氧基甲硅烷转化的化合物只检测到二氧化碳和水。

    实施例3

    使用与实施例1相同的净化装置,对净化溶入四氢呋喃的双(2,2,6,6-四甲基-3,5庚烷二酮酸)锶(Sr(DPM)2)进行试验。

    将其中溶有0.2mol% Sr(DPM)2的四氢呋喃,用氦气将其受压送入汽化和供应设备,在此处,混合物被加热和汽化,以制备这种Sr(DPM)2的浓度为100ppm的有害气体。在净化塔中,催化剂的温度被加热到300℃后,从有害气体引入管将有害气体(流率:18.3ml/min)引入该净化塔,同时将干空气(流率:18000ml/min)引入该净化塔,以催化氧化有害成分Sr(DPM)2和四氢呋喃,从而净化该有害成分。

    在与实施例1相同的方式下,将含Sr(DPM)2和四氢呋喃的有害气体的净化操作进行24小时。在操作期间,从净化塔的排出口排出的部分净化过的气体被连续地取样,并用FT-IR(傅里叶变换红外线分光光度计)分析,并且用超纯水将被取样的纯净气体吸收,以制备一种取样溶液,然后,通过使用一个ICP光谱分析仪对取样溶液中的锶进行定量的分析。结果,通过这种FT-IR法,对于由Sr(DPM)2和四氢呋喃转化的化合物只检测到二氧化碳和水。同时,经ICP发射光谱分析,作为锶的定量分析的结果,锶的数量低于检测的下限(1ppb)。

    实施例4-14

    在与实施例3相同的方式下,对含Sr(DPM)2和四氢呋喃的有害气体的净化进行操作,只是分别用以下商业上可得到的催化剂来取代实施例3中所用的催化剂:在氧化铝载体上附载钌得到的催化剂(实施例4);在氧化铝载体上附载铑得到的催化剂(实施例5);在氧化铝载体上附载铂得到的催化剂(实施例6);V2O3催化剂(实施例7);Cr2O3催化剂(实施例8);Mn2O3催化剂(实施例9);Fe2O3催化剂(实施例10);CuO催化剂(实施例11);Ag2O催化剂(实施例12);NiO催化剂(实施例13);和CoO催化剂(实施例14)。

    结果,在上述任何一个实施例中,对由Sr(DPM)2和四氢呋喃转化的化合物只检测到二氧化碳和水。

    实施例15-17

    在与实施例3相同的方式下,使用一种通过在球状氧化铝载体上附载铂得到的催化剂,对有害气体的净化进行操作,只是有害气体的有害成分分别被TiO(DPM)和四氢呋喃(实施例15)、Zr(DPM)4和正-丁基醋酸脂(实施例16)和Pb(DPM)2和正-丁基醋酸脂(实施例17)所取代。在含正-丁基醋酸脂作有害成分的情况下,将装在净化塔内的催化剂的温度设置在400℃。结果,在上述任何一个实施例中,对由有害气体转化的物质只检测到二氧化碳和水。

    对比例1

    在与实施例1相同的方式下,对含四乙氧基甲硅烷的有害气体的净化进行操作,只是在球状氧化铝载体上附载钯得到的催化剂被通过用氢氧化钾(CuO∶MnO2∶KOH的比值=4∶6∶3)浸渍一种以氧化铜和氧化锰作主要成分的金属氧化物产生的一种净化剂所取代,并且,将这种含四乙氧基甲硅烷的有害气体与净化剂接触的温度变为环境温度。为了检测有害成分的渗漏,将一种用化学品浸渍氧化铝球产生的、可被四乙氧基甲硅烷脱色的检测试剂设置在该净化剂的下游。

    在使含四乙氧基甲硅烷的有害气体流入后的两个小时,将从净化塔的排出口排出的部分净化过的气体取样,并用气体检波管(由Gastech制造)对所含的乙醇进行测量,结果,检测到大约3500ppm的乙醇。在这种情况,用于四氧乙基硅烷的检测试剂没有被脱色。因此,证实四乙氧基硅烷没有渗漏。

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公开了一种有害气体的净化方法,该方法包括:将从使用有机金属化合物作反应原料的反应过程中排出的有害气体,与氧气或空气混合,然后在100800的温度下,使混合物与通过在一种无机载体上附载一种贵金属得到的催化剂;含选自氧化钒、氧化铬、氧化锰、氧化铁、氧化铜、氧化银、氧化钴和氧化镍的至少一种金属氧化物的催化剂;或者在一种无机载体上附载该金属氧化物得到的催化剂接触,以净化该有害气体。同时,公开了一种该方法使。

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