一种利用SF6废气等离子体刻蚀SiO2的系统与方法技术方案

本发明专利技术公开了一种利用SF6废气等离子体刻蚀SiO2的系统与方法。所述系统中的洗气室、稀释气体压缩室通过流量计和电磁阀与混气室相连，并与放电室相连，放电室分别又与S沉积室、缓冲气室连接，缓冲气室与与吸收室、收集气瓶(SiF4)及Ar稀释气体压缩室相连接。应用本发明专利技术可以首先对SF6废气进行初步洗涤，之后根据降解需求形成SF6/H2/稀释气体混合气体，在放电室中发生还原性降解反应并与SiO2发生刻蚀，生成S单质与SiF4气体，经缓冲气室实现杂质气体、SiF4、Ar的分离，实现S单质、SiF4高纯气体收集，以及稀释气体载气的循环利用，确保SF6废气高效、不可逆降解过程实现以及F元素分离后的二次利用。次利用。次利用。

【技术实现步骤摘要】
一种利用SF6废气等离子体刻蚀SiO2的系统与方法


[0001]本专利技术属于六氟化硫废气的环保处理领域，尤其涉及基于低温等离子体的一种利用SF6废气等离子体刻蚀SiO2的系统与方法。

技术介绍

[0002]六氟化硫(SF6)是一种化学性质稳定的人工合成气体，由于其优异的绝缘性能，被广泛应用于电力工业中，作为中高压电力设备最主要的绝缘气体之一。然而，SF6气体在915
‑
950cm
‑1波段的光谱吸收特性导致了严重的温室效应。据测算，SF6的温室效应潜能值是CO2的23500倍，属于《京都议定书》规定的六大限制性气体中温室效应最强的。2015年以来，我国电力设备装机量已跃居全球第一，在我国新型电力系统建设的迫切需求下，亟需发展SF6无害化降解转化技术。
[0003]在我国，电力工业产生的SF6排放占总排放比重超过80％，回收提纯再利用与SF6无害化降解是两项主流的SF6废气减排技术。其中，SF6废气回收再利用是电网目前主流的运维技术，但是该项技术尚处于发展阶段，回收设备大多体积庞大，依托省级电力公司运行，难以覆盖地市级及其下属的偏远地区，且回收提纯的SF6气体再利用比例偏低，无法满足SF6废气多地域、不同体量与类型的处理需求。目前，已商用的SF6降解技术包括热降解、热催化与低温等离子体(NTP)降解三大类，其中热降解通过1100℃高温搭配碱性材料实现SF6燃烧分解，存在能效低、CO2排放大的问题；热催化通过添加催化剂降低反应温度，但相应降低处理速率；NTP降解通过放电等离子体在大气压下实现SF6分子碰撞分解，具有较高的工业化潜力，但是存在反应路径不可调控、毒害产物难以处理等问题。
[0004]对于SF6降解处理，已发表的学术论文“Disposal methods,health effects and emission regulations for sulfur hexafluoride and its by
‑
products”中指出NTP降解技术是应对电力工业SF6废气处理最有效的降解技术。中国专利技术授权专利“一种基于滑动弧放电的六氟化硫降解处理装置及方法(CN113082952B)”、中国专利技术公开专利“一种基于低温等离子体的SF6循环降解装置与方法(CN114931848A)”等，均提出采用低温等离子体手段对SF6废气实现降解处理，分别提出了不同放电形式的降解处理方法、气体循环方案等，然而上述专利技术技术方案仍存在以下问题：
[0005](1)为促进SF6发生不可逆分解，需要添加大量催化剂，其更换与预处理会增加材料、运维和人工成本，此外由于大量S
‑
O、S
‑
O
‑
F类酸性毒害产物生成，需要进行多步尾气洗涤，对人员安全造成隐患。
[0006](2)降解尾气中难以避免存在SFx(x<6)、S
‑
O
‑
F等气体产物，S、F元素分离并不彻底，且复杂产物混合物在尾气洗涤处理后难以有效得到分类再利用，不利于SF6降解后的产物经济化回收。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于改善和解决现有NTP技术在SF6废气降解处理领域的S
‑
F分离不
完善、降解产物二次利用困难的问题，将NTP高效降解SF6废气与SiO2刻蚀结合，通过H2还原性降解SF6，在实现S单质沉积的同时，形成HF与SiO2反应，将F元素以SiF4的形式固定，从而为高晶硅制备提供原料气，实现降解产物二次利用。该方法具有降解效率高、稳定性好、消耗载气少、S
‑
F分离完全、产物高效二次利用等特点。
[0008]为了实现前述专利技术目的，本专利技术提供的一种基于低温等离子体的SF6废气降解及SiO2刻蚀反应系统，包括洗气室、混气室、放电室、缓冲气室、收集气瓶、S沉积室、吸收室、Ar压缩室、流量计、电磁阀以及SF6废气、H2纯气、稀释气体等部分组成，如图1所示。
[0009]洗气室、混气室、放电室、缓冲气室和收集气瓶依次连通，且往混气室内通入还原气体H2和稀释气体，且在洗气室和混气室之间的管道上、混气室和放电室之间的管道上均设置有流量计和电磁阀，其中，洗气室用于对SF6废气进行预处理，放电室内设置有接地极、高压驱动电源与低温等离子体反应器，且低温等离子体反应器中填充有SiO2颗粒，缓冲气室用于对稀释气体、SiF4以及其余杂质气体进行分离；
[0010]S沉积室与放电室连接，以沉积放电室中SF6/H2还原性降解产生的S单质固体粉末；
[0011]吸收室与缓冲气室连接，吸收室用于处理放电处理产生的杂质气体。
[0012]进一步地，还设置有SF6废气气源，所述洗气室包含一个进气口、一个出气口，进气口与SF6废气气源连通，出气口与混气室连通，且出气口与混气室之间的管道上设置有第一流量计和第一电磁阀。洗气室中设置SF6废气洗涤提纯所需要的固体、液体吸附材料，根据SF6废气类型与成分不同，处理材料包含但不限于碱性溶液/固体颗粒(NaOH、KOH、Ca(OH)2、NaHCO3等)、吸附剂颗粒(活性炭、活性氧化铝、KDHF
‑
03等)，用于初步过滤SF6废气中CO、SO2、S
‑
O
‑
F、H2S等主要杂质气体。
[0013]进一步地，还包括稀释气体压缩室，用于往混气室内通入稀释气体，其中，稀释气体压缩室的两端分别连通混气室和缓冲气室以实现稀释气体的循环使用。
[0014]稀释气体压缩室和缓冲气室之间还设置有气泵。
[0015]进一步地，所述稀释气体可以为Ar、He和N2中任一种。
[0016]进一步地，混气室内设置有混气风扇。
[0017]进一步地，还包括H2标准气瓶，H2标准气瓶与混气室连通，且H2标准气瓶与混气室之间的管道上还设置有第三减压阀、第五流量计和第五电磁阀，且混气室与稀释气体压缩室连通，混气室与稀释气体压缩室之间的管道上设置有第三流量计和第三电磁阀。混气室接收洗气室洗涤处理后的SF6废气，并与H2、载气(稀释气体)进行混合，混合均匀后的SF6/H2/稀释气体通过第二流量计和第二电磁阀控制进入放电室中，其中SF6/H2配比根据处理需求控制在1:3～1:4之间，稀释气体为背景气体，用于稀释SF6和促进NTP放电的作用，不参与SF6放电分解反应，一般稀释比例不低于50％。
[0018]所述放电室为NTP产生的场所，低温等离子体反应器中采用介质阻挡放电或滑动弧放电或微波放电。包括放电反应器、接地极、高压驱动电源，反应器建议设置为竖直摆放的同轴圆柱型，上方为进气口连接第二电磁阀，下方为出气口连接缓冲气室，在放电室中形成的NTP区域促使SF6与H2发生还原反应，形成S单质与HF气体，稍过量的H2(SF6:H2>1:3)添加保证SF6充分还原，反应器底部直接连接S沉积室，通过水浴或风机吹扫降温，在沉积室中沉积放电室中反应器底部掉落的S单质。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用SF6废气等离子体刻蚀SiO2的系统，其特征在于，包括洗气室(1)、混气室(4)、放电室(7)、缓冲气室、收集气瓶(10)、S沉积室(11)和吸收室(12)，洗气室(1)、混气室(4)、放电室(7)、缓冲气室和收集气瓶(10)依次连通，且往混气室(4)内通入还原气体H2和稀释气体，且在洗气室(1)和混气室(4)之间的管道上、混气室(4)和放电室(7)之间的管道上均设置有流量计和电磁阀，其中，洗气室(1)用于对SF6废气进行预处理，放电室(7)内设置有接地极、高压驱动电源与低温等离子体反应器，且低温等离子体反应器中填充有SiO2颗粒，缓冲气室用于对稀释气体、SiF4以及其余杂质气体进行分离；S沉积室(11)与放电室(7)连接，以沉积放电室(7)中SF6/H2还原性降解产生的S单质固体粉末；吸收室(12)与缓冲气室连接，吸收室(12)用于处理放电处理产生的杂质气体。2.根据权利要求1所述的一种利用SF6废气等离子体刻蚀SiO2的系统，其特征在于，洗气室(1)内放置有碱性溶液、碱性固体颗粒、吸附剂中的任一种或多种材料。3.根据权利要求2所述的一种利用SF6废气等离子体刻蚀SiO2的系统，其特征在于，碱性材料的选择包括但不限于NaOH、KOH、Ca(OH)2和Na2CO3中的任一种，吸附剂的选择包括但不限于KDHF
‑
03、活性炭和活性氧化铝中的任一种。4.根据权利要求1所述的一种利用SF6废气等离子体刻蚀SiO2的系统，其特征在于，还包括稀释气体压缩室(13)，用于往混气室(4)内通入稀释气体，其中，稀释气体压缩室(13)的两端分别连通混气室(4)和缓冲气室以实现稀释气体的循环使用。5.根据权利要求1所述的一种利用SF6废气等离子体刻蚀SiO2的系统，其特征在于，所述稀释气体可以为Ar、He和N2中任一种。6.根据权利要求1所述的一种利用SF6废气等离子体刻蚀SiO2的系统，其特征在于，混气室(4)内设置有混气风扇。7.根据权利要求1所述的一种利用SF6废气等离子体刻蚀SiO2的系统，其特征在于，缓冲气室内设置依次连通的第一精馏塔(8)和第二精馏塔(9)，第一精馏...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔兆仑，郝艳捧，阳林，李立浧，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：