DE69016384T2

DE69016384T2 - Hydrodynamischer Rauchgaswäscher.

Info

Publication number: DE69016384T2
Application number: DE69016384T
Authority: DE
Inventors: William James Carr; Raymond Steven Krummen
Original assignee: Vector Technical Group Inc
Current assignee: ATMI Ecosys Corp
Priority date: 1989-12-15
Filing date: 1990-11-22
Publication date: 1995-05-24
Anticipated expiration: 2010-11-23
Also published as: KR0139530B1; DE69016384D1; EP0432538A1; EP0432538B1; US5011520A; JP3272719B2; KR910011322A; JPH03188919A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Gaswäscher zur Entfernung von löslichen Stoffen aus gasförmigen Abströmen. Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung einen hydrodynamischen Rauchgaswäscher zur effektiven Mischung einer Waschflüssigkeit, wie etwa Leitungswasser, mit einem hochgiftigen, gasförmigen Abstrom, um lösliche Komponenten zu lösen und teilchenförmige Komponenten zu befeuchten und auszutragen.
Bestimmte chemische Dampfabscheidungsverfahren, insbesondere diejenigen, die mit der Herstellung im Großmaßstab von Epitaxialhalbleitereinrichtungen zusammenhängen, produzieren hochgiftige Abstromgase, wie etwa Dichlorsilan, Trichlorsilan, Phosphen, Arsin und Wasserstoff- und Stickstoffderivate, die im Herstellungsreaktor verändert worden sind. Diese giftigen gasförmigen Abströme sind typischerweise hochbeladen mit z.B. Siliciumdioxidteilchen, die entfernt werden müssen, bevor die Gase vor dem Austrag in die Umgebung weiterverarbeitet, verdünnt und/oder neutralisiert werden können. Andere wasserlösliche Komponenten, die in solchen Abströmen vorhanden sind, schließen Salzsäure und Rückstände von Phosphen und Arsin ein.
Wegen des hohen Gehalts an teilchenförmigen Komponenten des gasförmigen Abstroms ist ein signifikanter Nachteil von Gaswäschern nach dem Stand der Technik deren Empfindlichkeit gegenüber Einlaßverstopfung und Akkumulation von Klumpen oder Massen von teilchenförmigem Material. Durch "Verstopfen" ist hierin die Bildung von Reaktionsrückständen gemeint, wenn Gase auf Siliciumbasis in Kontakt mit Feuchtigkeit kommen. Die Reaktionsrückstände bilden und akkumulieren sich typischerweise am Einlaß der Gaswaschvorrichtung und verstopfen ihn.
Andere Teile und Bereiche des Gaswäschers nach dem Stand der Technik haben typischerweise die Klumpen oder Massen aus teilchenförmigem Material akkumuliert und haben periodische Reinigung erfordert. Der Aufbau von massiven Teilchenakkumulationen und Rückständen verringert nicht nur die Wascheffektivität, er bildet auch eine Explosionsgefahr. Rückstandsklumpen, die abbrechen, können zu einer Entladung statischer Elektrizität führen, die ausreicht, um einen Funken und eine resultierende Explosion in der wasserstoffreichen Umgebung zu verursachen. Auch können große Stücke von Rückstand und aufgebautem Material schwere Schäden an und übermäßige Abnutzung in Umwälzpumpen verursachen, die die Waschflüssigkeit während des Gaswaschprozesses umwälzen.
Die Gaswäscher nach dem Stand der Technik haben daher typischerweise sehr häufiges Tauchen der Einlässe und periodische Innenreinigungen, die üblicherweise manuell durchgeführt werden, erfordert, um die abgeschiedenen Abstrombestandteile zu entfernen und den Aufbau von Rückständen mit seiner gleichzeitigen Explosionsgefahr zu verhindern. Manuelle Reinigungen sind nicht nur arbeitsintensiv, sie setzen den Arbeiter auch den giftigen Materialien aus und erfordern extensive Vorsichtsmaßnahmen für die Sicherheit des Arbeiters, nicht zu erwähnen die Stillstandszeit des Gaswaschprozesses selbst. Gaswäscher nach dem Stand der Technik erfordern typischerweise das Tauchen der Einlässe etwa zweimal pro Tag oder sogar noch häufiger, abhängig vom Gehalt an teilchenförmigen Materialien, der im gasförmigen Abstrom vorhanden ist, und von der Aufbaugeschwindigkeit an der Eingabe.
Wenn der gasförmige Abstrom erst einmal in die Gaswäschevorrichtung hineingezogen ist, können herkömmliche Gaswaschtechniken darauf angewendet werden, um das Gas zu waschen, d.h. die löslichen Komponenten zu lösen und die Siliciumdioxid- Teilchen anzufeuchten und dadurch zu entfernen. Typischerweise haben solche früheren Techniken statische Wasserbesprühung eingeschlossen, gefolgt vom Durchgang von Abstrom/Waschflüssigkeit durch ein Filtermedium. Das Filtermedium ist typischerweise so angeordnet, daß es die maximal mögliche Behinderung in befeuchteten Bereichen des Gaswäschers über eine vorgegebene Distanz darstellt, die von der Waschflüssigkeit durchlaufen wird. Ein Nachteil der statischen Wassersprühtechniken ist die Neigung des statischen Sprühnebels, zu bewirken, daß Kanäle und Tunnel durch die Filtermedien hindurch ausgebildet werden, mit gleichzeitigem Verlust an Wascheffizienz.
Somit ist ein bisher unbefriedigtes Bedürfnis nach einem Rauchgaswäscher entstanden, der aus leicht verfügbaren Standard-Komponenten und -Materialien konstruiert werden kann, der einen teilchenbeladenen gasförmigen Abstrom effektiv in den Gaswäscher einzieht, ohne Akkumulation und Blockierung über die Zeit, und der die Teilchen und löslichen Stoffe aus dem Abstrom in einem kontinuierlichen Verfahren ohne Aufbau irgendwelcher Rückstände oder Ablagerungen und mit sehr bescheidenem Verbrauch an Waschflüssigkeit wirksam und effizient auswäscht.
Eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen Rauchgaswäscher zum Auswaschen und Befeuchten von löslichen Stoffen und teilchenförmigem Material in einem gasförmigen Abstrom aus einem Herstellungsverfahren in einer Weise bereitzustellen, die die Beschränkung und Nachteile des Standes der Technik effizient und wirksam überwindet.
Gemäß der Erfindung wird ein hydrodynamischer Rauchgaswäscher zum Waschen eines Abstroms in Gasphase mit einer Waschflüssigkeit bereitgestellt, wobei der Rauchgaswäscher umfaßt:

(Text des Hauptanspruches übernehmen, Bezugszeichen weglassen)

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nutzt ein Rauchgaswäscher für Abströme mit einem hohen Prozentanteil an teilchenförmigem Material, das von diesem getragen wird, spezielle gepackte Filtermittel und hydrodynamischen umlaufenden Waschflüssigkeitsstrom in einem Volumen, das einen kleinen Teil der Größe von Rauchgaswäschern nach dem Stand der Technik mit vergleichbarer Kapazität umfaßt.
Bevorzugte Formen von Rauchgaswäschern, die die vorliegende Erfindung verkörpern, sind selbstreinigend und können kontinuierlich über Tage und Wochen ohne die Notwendigkeit zur Reinigung und Wartung betrieben werden.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung setzen eine verbesserte, nicht-verstopfende, selbstreinigende Eingabeeinrichtung ein, die kontinuierlich über Tage und Wochen ohne die Notwendigkeit von Tauchen oder Reinigen arbeiten kann.
Ein in vertikalen Stufen aufgebauter hydrodynamischer Rauchgaswäscher, der die Erfindung verkörpert, kann einen rotierenden Sprühstangenaufbau zur hydrodynamischen Bewegung von Waschflüssigkeit über einen Filtermittelbereich einsetzen, wodurch die Bildung von Durchflußkanälen oder -röhren durch die Filtermittel minimiert wird.
Ein hydrodynamischer Doppelwand-Rauchgaswäscher, der die Erfindung verkörpert, kann aus verfahrensinerten Kunststoffleitungen, -anschlüssen und -materialien in Standardgröße konstruiert werden, einschließlich transparenter Bereiche, die die visuelle Inspektion jeder Stufe des Gaswaschvorganges ermöglichen.
Vorzugsweise kann der hydrodynamische Rauchgaswäscher in allen Betriebsparametern so eingestellt werden, daß Ausbeute und Produktivität optimiert werden, während der Verbrauch an Waschflüssigkeit minimiert wird, wie etwa Wasser in einem offenen Kreislaufsystem oder Kaliumpermanganatlösung in einem geschlossenen Kreislaufsystem.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind ausfallsicher und arbeiten bei vorhandenem Wasserdruck einer kommunalen Wasserversorgung im Falle eines Abfalls des Umwälzpumpendruckes.
In einer Anlage, die die vorliegende Erfindung einsetzt, können Rauchgaswäscher mit offenem Kreislauf und geschlossenem Kreislauf vorgesehen sein, die, wie erforderlich, synchron mit einem Herstellungsverfahren arbeiten, das einen gasförmigen Abstrom erzeugt, um den Verbrauch an Betriebsleistung und Waschflüssigkeit zu minimieren.
Die verwendete Waschflüssigkeit kann Wasser oder eine Waschchemikalie in Flüssigphase sein. Der Rauchgaswäscher schließt eine Einlaßstufe zur Aufnahme des teilchenbeladenen gasförmigen Abstroms in den Gaswäscher ein. Die Stufe zur Erzeugung von Unterdruck erzeugt vorzugsweise einen Unterdruck (Saugzug) durch Versprühen einer ersten unter Druck stehenden Komponente der Waschflüssigkeit in einen Strom des Abstroms, der von der Einlaßstufe zu einem verengten Bereich führt, der als ein Venturi-Kanal wirkt.
Der hydrodynamische Rauchgaswäscher schließt vorzugsweise eine oder mehrere Umwälzpumpen zur Aufnahme eines Teils der Waschflüssigkeit aus dem Speicher und zur Zuführung der ersten und zweiten Komponente der Waschflüssigkeit unter Druck zur Einheit zur Erzeugung von Unterdruck bzw. zur hydrodynamischen Sprühanordnung.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt die Einlaßstufe eine Konstruktion, die einen Sammelbereich für unter Druck stehendes Gas, der direkt mit einer Quelle des Gasabstroms kommuniziert, und einen Waschflüssigkeitskammerbereich, direkt unter dem Gassammelbereich und eine Grenzschicht von Gas zu Waschflüssigkeit damit bildend, und einen Waschflüssigkeitsüberlauf definiert, der an der Grenzschicht gebildet ist, um den Fluß von Waschflüssigkeit aus dem Kammerbereich und gleichzeitigem Durchgang von hereinkommendem gasförmigen Abstrom und einem Mischgas aus dem Sammelbereich dort hindurch ermöglicht, wobei der Gassammelbereich mit einem Mischgas unter Druck zur Vermischung mit dem hereinkommenden Gasabstrom versorgt wird und der Waschflüssigkeitskammerbereich mit einem Teil der Waschflüssigkeit versorgt wird.
Die Stufe zur Erzeugung von Unterdruck kann eine Düse zum Lenken der Waschflüssigkeit zu einem Durchflußbereich hin umfassen, die so ausgelegt ist, daß Unterdruck erzeugt wird und die Mischung des hereinkommenden Gasabstroms mit der Waschflüssigkeit unterstützt wird.
Vorzugsweise umschließt ein äußerer Behälter die Mischkammer und stellt einen Sekundärmantel für diese bereit, wobei der Raum zwischen dem äußeren Behälter und der Mischkammer einen Temperatursteuerungssammelraum zur Regulierung der Umgebungstemperatur in der Mischkammer bereitstellt. In diesem Fall kann Wärme von der Umwälzpumpe in einem Luftstrom in den Temperatursteuerungswärmeraum geleitet werden, um dadurch die Mischkammer zu erhitzen, um das Ausfrieren der Waschflüssigkeit während eines Kalttemperaturbetriebs des Rauchgaswäschers zu verhindern.
Vorzugsweise ist ein Umgehungsdurchflußweg vorgesehen, um den Rauchgaswäscher mit Waschflüssigkeit aus einer direkten Zufuhr für diese zu versorgen, wie etwa der kommunalen Wasserversorgung, im Fall eines Druckabfalls von der Umwälzpumpe.
Die Filtermittel umfassen vorzugsweise eine gepackte Gruppierung einer Mehrzahl von diskreten, im allgemeinen sphärischen gerippten Füllmaterialzellen.
Eine Umlenkplatte kann im Waschflüssigkeitsspeicher in Zusammenwirken mit einem Einlaß zur Umwälzpumpe vorgesehen sein, um zu bewirken, daß die Waschflüssigkeit, die sich darin sammelt, darin verstrudelt und zirkuliert, um den Aufbau von teilchenförmigen Rückständen, die aus dem gasförmigen Abstrom ausgewaschen werden, zu verhindern, wodurch die Selbstreinigung des Rauchgaswäschers weiter erleichtert wird.
Ausführungsformen der Erfindung sind unten beispielhaft mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines einen Abstrom erzeugenden Verfahrens ist, einschließlich des hydrodynamischen Rauchgaswäschers der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine etwas schematische Vorderansicht in Draufsicht und teilweiser Schnittansicht eines hydrodynamischen Rauchgaswäschers ist, der die Prinzipien der vorliegenden Erfindung beinhaltet,
Fig. 3 eine etwas schematische isometrische Ansicht des Rauchgaswäschers von Fig. 2 ist, wobei Teile derselben weggebrochen sind, um einige der Konstruktionselemente desselben zu zeigen,
Fig. 4 eine Draufsicht von oben des Rauchgaswäschers von Fig. 2 ist,
Fig. 5 eine vergrößerte und etwas schematische Querschnittsansicht des Einlasses und der Elemente zur Erzeugung von Unterdruck des Rauchgaswäschers von Fig. 2 ist,
Fig. 6 eine vergrößerte und etwas schematische Querschnittsansicht einer alternativen bevorzugten Ausführungsform des Einlasses und der Elemente zur Erzeugung von Unterdruck des Rauchgaswäschers von Fig. 2 ist,
Fig. 6A eine vergrößerte und etwas schematische Querschnittsansicht noch einer anderen gegenwärtig bevorzugten Konfiguration für das Element zur Erzeugung von Unterdruck ist, das sehr ähnlich zur Ausführungsform von Fig. 6 ist.
Fig. 7 ist eine schematische Ansicht von drei diskreten Filtermittelteilchen, die im Filterbereich des Rauchgaswäschers von Fig. 2 verwendet werden.
Fig. 8 ist eine etwas schematische, isometrische Ansicht einer rotierenden Sprühstangenanordnung, die im Rauchgaswäscher von Fig. 2 verwendet wird.
Fig. 9 ist eine vergrößerte Detailansicht der Nabe der rotierenden Sprühstangenanordnung, die in Fig. 8 dargestellt ist, wobei die Anordnung der rotierenden Sprühstange in Phantomdarstellung durch gestrichelte Linien dargestellt ist.
Fig. 10 ist eine etwas schematische, isometrische Ansicht einer Ablenkplattenkonstruktion, die im Rauchgaswäscher von Fig. 2 verwendet wird, um diskrete Prozeßbereiche innerhalb der Hauptwaschkammer desselben zu definieren und bereitzustellen.
Fig. 11 ist eine etwas schematische Ansicht eines Steuerungselementes für den Rauchgaswäscher von Fig. 2.
Fig. 12 ist eine etwas schematische Ansicht in Vorderdraufsicht und teilweiser Querschnittsansicht eines Hochkapazitäts- Rauchgaswäschers gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
Fig. 13 ist eine etwas schematische, isometrische Ansicht des Rauchgaswäschers von Fig. 12, wobei Teile desselben weggebrochen sind, um einige der Konstruktionselemente desselben zu zeigen.
Fig. 14 ist eine Vorderansicht in Draufsicht eines geschlossenen Rauchgaswäscher-Kreislaufsystems, das die Prinzipien der vorliegenden Erfindung beinhaltet.
Fig. 15 ist eine Vorderansicht eines Steuerungselementes für das geschlossene Gaswäscherkreislaufsystem von Fig. 14.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Bezugnehmend auf Fig. 1 schließt ein Herstellungsverfahren 10 ein Reaktorverfahren 12 ein, wie etwa einen chemischen Dampfabscheidungsreaktor des üblicherweise in Herstellungsprozessen für Epitaxialhalbleiter eingesetzten Typs. Typischerweise erzeugt und ermittelt das Reaktorverfahren 12 einen gasförmigen Abstrom, der stark beladen mit siliciumhaltigen Teilchen ist. Der gasförmige Abstrom wird in einer korrosionsbeständigen Leitung 14 zu einem hydrodynamischen Rauchgaswäscher 16 geleitet, der gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung konstruiert ist.
Der Gaswäscher 16 schließt eine Einlaßstufe 18, eine Stufe 20 zur Erzeugung von Unterdruck, eine Hauptwaschkammer 22 und ein Basisgehäuse 24 für Leitungs- und Umwälzpumpenelemente (nicht in Fig. 1 dargestellt) ein. Der Gaswäscher 16 ist vorzugsweise aus Kunststoffrohren, -anschlüssen und -folienmaterialien konstruiert, die ausgeformt und zusammengeklebt sind mit geeigneten Lösungsmitteln, um chemisch inert im Hinblick auf die Inhalte des gasförmigen Abstroms zu sein.
Eine Waschflüssigkeit, wie etwa Leitungswasser aus der kommunalen Wasserversorgung oder aus einem Rückgewinnungsspeicher (nicht dargestellt), tritt in den Gaswäscher über eine Zuführleitung 26 ein. Eine Austragsleitung 28 führt ausgetragene Wasserlösung, die lösliche Stoffe und angefeuchtete Siliciumdioxidteilchen aus dem Gaswäscher enthält. Die Viskosität der ausgetragenen Waschwasserlösung liegt sehr nahe an dem hereinkommenden Leitungswasser und hat typischerweise ein milchiges weißes Aussehen.
Der pH der Lösung ist typischerweise sauer und ein Neutralisierungsverfahren 30 zur Erhöhung des pH auf neutral (7) kann daher stromabwärts vom Gaswäscher 16 eingeschlossen sein. Das verbrauchte Waschwasser ist in hohem Maße kompatibel mit stromabwärts angeordneten Pumpen, die vorgesehen sein können, um das Wasser durch anschließende Wiedergewinnungsverfahren wie etwa z.B. das pH-Einstellungsverfahren 3a hindurchzufördern. Eine Austragsleitung 32 ermöglicht den Austrag der neutralisierten, verbrauchten Waschwasserlösung, entweder direkt in den kommunalen Vorfluter oder in ein lokales Anlagen-Wasserrückgewinnungs- und -Rückführungsverfahren.
Gewaschener gasförmiger Abstrom verläßt den Rauchgaswäscher 16 über eine Gasaustragsleitung 34 und geht durch eine Verarbeitungseinheit zur chemischen Neutralisierung 36 hindurch, die Verfahren zur Verfügung stellen kann, um den Gehalt an giftigen oder schädlichen unlöslichen gasförmigen Rückständen vor Abgabe über eine Leitung 38 in die Umgebung abgegeben wird zu entfernen oder zu verringern.
Die Länge -d- der Leitung 14 zwischen dem Reaktor 12 und dem Gaswäscher 16 (Fig. 1) ermöglicht es, daß die Leitung 14 als Wärmetauscher mit der Umgebung wirkt; und sie wird genügend lang gemacht, um es zu ermöglichen, daß der heiße gasförmige Abstrom auf ein Niveau für sichere Handhabung abgekühlt wird, bevor er in den Rauchgaswäscher 16 eintritt. Falls erforderlich, können positive Wärmetauschertechniken, wie etwa Kühlrippen oder Umluft, entlang der Leitung 14 eingesetzt werden, um die Konvektionskühlung des gasförmigen Abstroms zur Umgebung zu erhöhen. Alternativ kann die Leitung 14 mit einer Kühlschlange oder einem Kühlmantel umgeben werden, wodurch die Kühlung des heißen gasförmigen Abstroms durch Leitung erhöht wird.
Aspekte des hydrodynamischen Rauchgaswäschers 16 sind in größerem Konstruktionsdetail in den Fig. 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 und 10 dargestellt; und es wird nunmehr für die folgende Diskussion auf diese Figuren Bezug genommen.

Einlaßstufe 18 und Stufe zur Erzeugung von Unterdruck 20

Wie zuvor angegeben, wird Flüssigkeitskontakt mit dem gasförmigen Abstrom aus einem typischen Epitaxialreaktor zur Ausfällung einer teilchenförmigen Filmmasse führen, die üblicherweise die Einlaßkonstruktion eines herkömmlichen Gaswäschers verstopfen würde. Die alternativen Konstruktionen der Einlaßstufe 16 und der Stufe zur Erzeugung von Unterdruck 20, die in den Fig. 5, 6 bzw. 6A dargestellt sind, sind Neuerungen unterzogen worden, um eine wirksame Grenzschicht zur Mischung des gasförmigen Abstroms mit Feuchtigkeit bereitzustellen, die nicht aufgrund resultierenden Filmniederschlags zu Verstopfung führt.
Konstruktionsmäßig schließt die Einlaßstufe 18 einen oberen Flansch 40 ein. Ein sich radial durch den Flansch erstreckender Durchlaß kommuniziert über eine Rohrleitung 42 mit einem Manometer 44, der verwendet wird, um einer Bedienungsperson visuell den Druck des hereinkommenden gasförmigen Abstroms innerhalb der Leitung 14 anzuzeigen. Ein Außenrohr 46 erstreckt sich bis zu einem unteren Flansch 48. Ein oberes Innenrohr 50 hängt vom oberen Flansch 40 nach unten ab. Das Rohr 50 fluchtet koaxial mit dem Außenrohr 46 und hat eine relative Länge und einen Durchmesser, wie in Fig. 5 dargestellt. Der Raum zwischen den gegenüberliegenden Wänden des Außenrohres 46 und des Innenrohres definiert einen Gas-Sammelbereich 52.
Ein Inertgas, wie etwa Stickstoff, wird in den Gas-Sammelbereich 52 eingelassen. Das Inertgas wird aus einer Quelle bereitgestellt, wie etwa einem tragbaren Druckbehälter (nicht dargestellt), über einen steuerbaren Druckregler 54 (Fig. 3), der ein Druckanzeigegerät 55 einschließt. Ein Nippel 56, der durch die Seitenwand 46 der Einlaßkonstruktion 18 hindurch ausgebildet ist, ermöglicht die Verbindung mit einer Inertgasleitung 58, die vom Druckregler 54 und Meßgerät 55 wegführt. Der Druck des Inertgases wird durch das Ventil 54 so eingestellt, daß er gleich dem Druck des hereinkommenden gasförmigen Abstroms ist, wodurch ein Gleichgewicht innerhalb des Sammelbereichs 52 aufgebaut wird. Die Bereitstellung des inerten trockenen Stickstoffgases im Sammelbereich 52 stellt sicher, daß Feuchtigkeit daraus ausgeschlossen wird, so daß keine verunreinigenden Filme oder Klumpen von teilchenförmigem Material im Gas-Sammelbereich 52 ausfallen werden. Das Inertgas verdünnt vorteilhafterweise auch die Konzentration von nicht-löslichen toxischen Gasen, die auch im Abstrom vorhanden sein können.
Ein unteres Innenrohr 60 erstreckt sich vom unteren Flansch 48 axial fluchtend im Außenrohr 46 vertikal nach oben. Der obere kreisförmige Rand 61 des unteren Innenrohres 60 ist mit Abstand vom unteren kreisförmigen Rand des oberen Innenrohres 50 angeordnet, wie in Fig. 5 dargestellt. Ein Waschflüssigkeits- Sammelbereich 62 ist zwischen dem gegenüberliegenden Seitenwänden des Außenrohres 56 und des unteren Innenrohres 60 definiert. Ein Nippel 64 ermöglicht den Anschluß eines Waschflüssigkeitsrohres 66, um Waschflüssigkeit zum Flüssigkeits- Sammelbereich 62 zuzuführen. Das Rohr 66 führt zu einem Ventil 68 und einem Durchflußmesser 70. Das Ventil 68 ermöglicht der Bedienungsperson, die Durchflußgeschwindigkeit der Waschflüssigkeit (z.B. Leitungswasser) in den Flüssigkeits-Sammelbereich 62 und in den Gaswäscher 16 einzustellen (wobei die Durchflußgeschwindigkeit so eingestellt wird, daß sie mit der Austragsgeschwindigkeit der Waschflüssigkeit aus der Leitung 28 übereinstimmt). Der Flüssigkeitsstrom wird so eingestellt, daß die Waschflüssigkeit kaskadenartig über die obere Umfangskante 61 des unteren Innenrohres 60 und durch Schwerkraftstrom in das Rohr 60 hineinströmt. So bildet die Waschflüssigkeitsoberfläche in der Nachbarschaft der Kante 61 die erste Feuchtigkeitsgrenzfläche mit dem gasförmigen Abstrom.
Ein Ring aus ausgefälltem Material bildet sich an der ersten Feuchtigkeitsgrenzfläche, die entlang einer ringförmigen Wasseroberfläche liegt, die an und nach außen benachbart zur Überlauf-Umfangskante 61 gebildet wird. Der Niederschlagsring ist typischerweise 0,75 mm bis 1,25 mm (30 - 50 Tausendstel eines Inches) dick und er bildet sich kontinuierlich, wenn gasförmiger Abstrom in Kontakt mit der Flüssigkeit entlang der Kante 61 kommt. Weil jedoch der Flüssigkeitsstrom kaskadenartig über die gesamte Überlaufkante 61 strömt, wie durch die nach unten zeigenden Pfeile in Fig. 5 angegeben, wächst das ausgefällte Material innen und bricht kontinuierlich ab und fällt durch das untere Innenrohr 60 in teilchenförmigen Klumpen herab. Eine kleine Öffnung 63 erstreckt sich durch eine Bodenwand, die den Flüssigkeits-Sammelbereich 62 definiert, wodurch eine kontrollierte Menge an Zirkulation am Boden des Sammelbereichs 62 bereitgestellt und ein Aufbau von teilchenförmigen Verunreinigungen weiter verhindert wird.
So ist die Einlaßeinheit 18 von Fig. 5, wenn sie richtig betrieben wird, vollständig selbstreinigend, verstopft nicht und erfordert praktisch keine weitere Aufmerksamkeit durch die Bedienungsperson über lange Intervalle kontinuierlichen Einsatzes, als um sicher zu sein, daß die verschiedenen Durchflußgeschwindigkeiten von Abstrom, Inertgas und Waschflüssigkeit im richtigen Gleichgewicht bleiben.
Im Betrieb wird die Waschflüssigkeit im Flüssigkeits-Sammelbereich 62 mit einer Geschwindigkeit von etwa neuneinhalb Litern (zweieinhalb Gallonen) pro Minute geleitet, nach einer Einleitungsperiode von etwa fünf Minuten, wenn der Durchfluß größer ist, um zu ermöglichen, daß sich die Innenflächen des Gaswäschers 16 an die Waschflüssigkeit anpassen, und um alle Verunreinigungen zu entfernen. Es ist während des Anfahrens wichtig, sicher zu sein, daß keine Lufttaschen oder Hohlräume während des Anfahrens im Flüssigkeits-Sammelbereich 62 vorhanden sind. Zu diesem Zweck werden das Außenrohr 46 und das untere Innenrohr 60 aus einem durchsichtigen Kunststoffmaterial hergestellt, das es der Bedienungsperson ermöglicht, die Gesamtheit des Flüssigkeits-Sammelbereichs 62 zu betrachten, um sicher zu sein, daß keine Lufttaschen gebildet werden. Während des Betriebs liegt der nominelle Pegel der Waschflüssigkeit (z.B. Wasser) bei ungefähr 6 mm (ein Viertel Inch) über der Oberkante 61 des unteren Innenrohres 60. Dieser Pegel ist eine Funktion des über das Waschflüssigkeits-Einlaßventil 68 eingestellten Druckes. Einmal eingestellt, sollte der Einlaß-Waschflüssigkeitsdruck während der Gaswäscheprozesse konstant bleiben.
Während des Betriebs des Rauchgaswäschers 16 tritt frische Waschflüssigkeit (z.B. aus der kommunalen Wasserversorgung oder aus einer Regenerierungsversorgung) in den Gaswäscher 16 beim Sammelbereich 62 ein und alle weitere Waschflüssigkeit, die zum Betrieb des Gaswäschers 16 benötigt wird, wird umgewälzt. Wenn erforderlich, kann eine Frischwasserhilfsversorgung direkt zur Hauptwaschkammer 22 über ein Ventil 72, einen Durchflußmesser 74 und ein Rohr 76 vorgesehen werden.
Das Inertgas-Druckmeßgerät 55, die Steuerventile 54, 68 und 72 und die Durchflußmesser 70 und 74 sind geeigneterweise zusammen angeordnet auf einer Flüssigkeitsstrom-Steuerkonsole 78, die oben auf dem Gaswäscher 16 angebracht ist, benachbart zur Einlaßeinheit 18. Das Manometer 44 ist ebenfalls oben auf dem Gaswäscher 16 angebracht, damit es bequem abgelesen werden kann, benachbart zur Steuerkonsole 78, wie vorgeschlagen in Figs. 2 und 3.
Die Unterdruck(Saugzug)-Stufe 20 von Fig. 5 ist geeigneterweise am Boden der Einlaßeinheit 18 ausgebildet. Diese Saugzugerzeugende Stufe 20 vermischt vorteilhafterweise auch den Abstrom mit der Waschflüssigkeit. Eine äußere zylindrische Wand 80 erstreckt sich vom Flansch 48 zu einem Befestigungsflansch 82. Eine innere kegelstumpfartige Konstruktion 84, axial fluchtend mit der Außenwand 80 und sich ebenfalls zwischen den Flanschen 48 und 82 erstreckend, definiert eine Reihe von Düsenöffnungen 86 in einem horizontalen Ring an einem oberen Ende derselben. Jede Düsenöffnung ist nach unten gerichtet, um ein Sprühfeld 88 innerhalb der Konstruktion 84 zu bilden. Die Innenfläche 90 der Konstruktion 84 konvergiert, um einen Ventöri-Kanal zu bilden.
Ein Sammelbereich 92 ist zwischen der Außenwand 80 und der inneren Konstruktion 84 gebildet und ist mit Waschflüssigkeit unter hohem Druck gefüllt. Auf diese Weise wird ein hohes Volumen an Waschflüssigkeit zum Sammelraum 92 über einen Nippel 94, der mit einem Rohr 96 verbunden ist, zugeführt. Ein Durchflußsteuerventil 98 im Rohr 96 ermöglicht es, daß Druck und Volumen der Waschflüssigkeit durch eine Bedienungsperson gesteuert werden. Das Rohr 96 führt zu einer Umwälzpumpe 100. Ein hohes Volumen an Waschflüssigkeit (z.B. 150 Liter pro Minute bei 8,7 kPa (40 gpm bei 12 psi)) strömt durch den Sammelraum 92 und wird in das Sprühfeld 88 mittel der Düsen 86 gesprüht. Diese Sprühwirkung, zusammen mit der Durchflußverengung 90, wird so eingestellt, daß genügend Saugzug erzeugt wird, um den gasförmigen Abstrom in die Hauptwaschkammer 22 zu ziehen und gleichzeitig den Abstrom innig mit der Waschflüssigkeit zu vermischen.
Fig. 6 zeigt eine vereinfachte und bevorzugtere Einlaßstufe 18 und Stufe zur Erzeugung von Unterdruck 20. Dieselben Bezugszeichen sind verwendet, wo die Elemente im wesentlichen unverändert gegenüber der Ausführungsform in Fig. 5 sind. Die Ausführungsform von Fig. 6 der Einlaß/Unterdruck-Stufen ist am bevorzugtesten aufgrund ihrer vereinfachten Konstruktion, und weil in der Praxis ein beträchtlich höherer Einlaßunterdruck für denselben Durchfluß an umlaufender Waschflüssigkeit über die Leitung 96 von der Pumpe 100 verwirklicht wird.
Die Ausführungsform von Fig. 6 schließt ein verlängertes Außenrohr 47 ein, das die Einlaßstufe 18 und die Unterdruckstufe 20 enthält. Das untere Innenrohr 60 innerhalb der Einlaßstufe 18 schließt eine nach innen abgeschrägte Oberkante 65 ein, die den Überlauf für die Waschflüssigkeit im Flüssigkeits-Sammelraum 62 bildet. Die Abschrägung 65 unterstützt ebenfalls das Abbrechen des Niederschlagsfilms, der sich an der Oberfläche der Flüssigkeit bildet und nach innen wächst.
Eine ringförmige Platte 49 stellt eine Bodenwand für die Einlaßstufe 18 bereit. Die Außenkante der Platte 49 ist an die Innenwand des verlängerten Außenrohres 47 geklebt. Eine oder mehrere kleine Öffnungen 63 ermöglichen einen gewissen Durchfluß von Waschflüssigkeit am Boden des Flüssigkeits-Sammelraumes 62, wodurch der Aufbau von teilchenförmigem Material darin verhindert und Selbstreinigungswirkung im Sammelraum 62 bereitgestellt wird.
Die Stufe zur Erzeugung von Unterdruck 20 ist in der Ausführungsform von Fig. 6 beträchtlich vereinfacht. Der hochvolumige Waschflüssigkeitsumwälzzufuhrleitungsanschluß 94 erstreckt sich durch einen unteren Bereich des verlängerten Außenrohres 47, wie in Fig. 6 dargestellt. Ein Knieanschluß 85 schließt eine abgeschrägte Kante 87 ein, die den Strömungsdurchlaß einschränkt und die Strömungsgeschwindigkeit der umgewälzten Waschflüssigkeit erhöht. Kleine Öffnungen 89 sind im gebogenen Bereich des Knieanschlusses 85 vorgesehen, um einen sslbstreinigungssprühkegel im Inneren des verlängerten Außenrohres 47 in der Nachbarschaft des Knieanschlusses 85 bereitzustellen.
Eine weitere Einschränkung des Hauptdurchflußweges wird durch ein mit Schraubgewinde versehenes Reduzierstück 91 bereitgestellt, das in einen nach unten abhängenden Abschnitt des Knieanschlusses 85 eingeschraubt ist. Das Reduzierstück 91 wirkt als eine Düse und richtet einen Hochgeschwindigkeitsstrom von umgewälzter Waschflüssigkeit nach unten durch ein Innenrohr 95. Eine Oberkante des Innenrohres 95 ist von den Unterkanten des Düsenanschlusses 91 etwa 6 mm (ein Viertel Inch) entfernt angeordnet, was einen Raum bereitstellt, durch den die Mischung aus gasförmigem Abstrom und Wasser, die von der Einlaßstufe 18 nach unten fällt, durch den Unterdruck, der durch den Strom der umgewälzten Waschflüssigkeit aus der Düse 91 erzeugt wird, gezogen wird. Ein Flüssigkeits-Sammelraum 93 zwischen dem äußeren länglichen Rohr 47 und dem Innenrohr 95 füllt sich mit der Waschflüssigkeit und läuft über die Oberkante des Rohres 95 über, wodurch Selbstreinigung in der Unterdruckstufe 20 bereitgestellt wird. Eine kleine Öffnung 99 ermöglicht einen gewissen Durchfluß am Boden des Sammelraumes 93, wodurch Zirkulation und Selbstreinigung unterstützt werden. Der Strom aus der Düse 91 trifft auf eine flache Platte 115 einer rotierenden Sprühstangenanordnung 110 in der Hauptkammer 22 auf, die hierin im weiteren noch in größerem Detail beschrieben werden soll.
Die Modifikation von Fig. 6A für das Rohr 95 ist geringfügig. Das Rohr 95A ist als ein kegelstumpfförmiger Abschnitt ausgebildet, wobei der Boden zum Ring 97, der ein Flansch für das Rohr 95a wird hin divergiert. Eine kleine Öffnung 99a ist durch die Wand des kegelstumpfförmigen Rohres 95a hindurch vorgesehen, um die Ablauffunktion bereitzustellen, die zuvor für die Öffnung 99 beschrieben ist. Die Ausführungsform von Fig. 6A stellt geringfügig besseres Beschlagen mit Feuchtigkeit und ein höheres Vakuum (Zug) bereit, als mit der Ausführungsform von Fig. 6 erreicht wird.

Hauptkammer 22

Wenn man sich nun den Fig. 2, 3 und 10 zuwendet, enthält ein im allgemeinen rechteckiges Außengehäuse 102 die zylindrische Hauptwaschkammer 22 und bildet auch einen eingeschlossenen Heiz-Sammelraum 104. Heiße Luft, die durch einen luftgekühlten Pumpenmotor 106 gezogen wird, wird durch den Sammelraum 104 gelenkt, um für die Heizung der Waschkammer 22 zu sorgen. Diese Anordnung ermöglicht in effizienter Weise kontinuierlichen Betrieb des Gaswäschers 16 mit Wasser als der Waschflüssigkeit bei oder nahe Gefriertemperaturen während der Wintermonate. Ein Austrittsschlitz 107 im Außengehäuse 102 (Fig. 3) ermöglicht, daß die erwärmte Luft aus dem Heiz-Sammelraum 104 austritt.
Die Hauptwaschkammer schließt vier getrennte Verfahrensbereiche ein, die durch die oberen und unteren Wände der zylindrischen Konstruktion getrennt werden, die die Waschkammer bilden, und durch vier übereinander angeordnete kreisförmige Plattenkonstruktionen, wie dargestellt in Fig. 10, die hierin im weiteren in größerem Detail diskutiert werden.
Ein oberer Bereich 108 enthält eine Rotationssprühstangenanordnung 110, die von einer ringförmigen Reaktionswand 111 umgeben ist. Ein Zentralrohr 112 führt Waschflüssigkeit mit hohem Volumen zur Sprühstangenanordnung 110 zu. Die Sprühstangenanordnung 110 schließt z.B. vier Sprühstangen ein, die jede mit einer Düse 114 enden, die jede in einem Winkel relativ zu ihrer Sprühstange angeordnet sind, wie in Fig. 8 dargestellt. Sprühnebel aus umgewälzter Waschflüssigkeit, der aus den Öffnungen am Ende der Düsen 114 austritt, trifft auf die Reaktionswand 111 mit dem Ergebnis, daß die Anordnung 110 sich dreht. Zusätzliche Öffnungen 109 in den Sprühstangen, die kleiner sind als die Endöffnungen der Düsen 114, führen dazu, daß ein Teil des Sprühnebels im oberen Bereich nach oben gerichtet ist.
Die Sprühstangenanordnung 110 ist ausgebildet mit einer zylindrischen Nabe 113, die in der Größe so dimensioniert ist, daß sie sich um einen oberen Teil des Zentralrohres 112 frei dreht. Eine Kopfplatte 115 und eine Bodenplatte 117 sind an das Rohr 112 geklebt und halten dadurch die Nabe 113 in korrekter Ausrichtung mit mehreren überdimensionierten Öffnungen 119, wie in Fig. 9 dargestellt. Die Öffnungen 119 fluchten allgemein mit Öffnungen, die durch vier Anschlüsse 121 definiert sind, die an der Nabe 113 angeklebt sind und von denen aus sich die Sprühstangen und Düsen 114 um das Rohr 112 herum erstrecken. Öffnungen (nicht gezeigt) zwischen dem Rohr 112 und der Anordnung 110 ermöglichen es, daß die Waschflüssigkeit aus dem Rohr in die Anordnung übertritt. Die vier Düsen 114 sind so ausgerichtet, daß sie bewirken, daß sich die Anordnung in Reaktion auf die Kraft vom Durchfluß der Waschflüssigkeit durch die Düsen dreht. Die Winkel der Düsen 114 relativ zur Sprühanordnung und zum Rohr 112 zusammen mit der Flüssigkeitsdurchflußgeschwindigkeit bestimmen die Rotationsgeschwindigkeit der Anordnung 110. Vorzugsweise dreht sich die Sprühstangenanordnung 110 mit ungefähr 300 Umdrehungen pro Minute, um inniges Vernebeln und Versprühen in der gesamten Hauptkammer während der Gaswaschprozesse sicherzustellen. Die Waschflüssigkeit stellt ein Schmier- und Kühlmedium für die rotierende Nabe 113 relativ zum Zentralrohr 112 bereit.
Ein zweiter Filterbereich 116 der Waschkammer 22 ist vorgesehen. Der Bereich 116 ist festgelegt zwischen einer oberen durchlöcherten Platte 118 und einer unteren durchlöcherten Platte 120. Mehrere große Öffnungen 122 in der oberen Platte 120 ermöglichen es, daß diskrete Filtermittel 124 in den Bereich 116 gepackt werden. Verstärkungsringe 123 und 125 sind an die obere durchlöcherte Platte 118 bzw. an die untere durchlöcherte Platte 120 geklebt, um erhöhte mechanische Steifigkeit ihrer Oberflächen bereitzustellen.
Das Filtermittel 124 besteht aus Kunststoff-Füllmaterialsphäroiden, die aus offenen ringförmigen Schleifen gebildet sind, wie in Fig. 7 dargestellt. Ein geeignetes Beispiel für das Filtermittel 124 ist detaillierter in U.S.-Patent Nr. 4,203,935 beschrieben, auf das für weitere Besonderheiten Bezug genommen wird. Jeager "Tri-Packs " funktionieren gut für das Mittel 124.
Das Filtermittel 124 wird ausgewählt und zusammengepackt in einer Art und Weise, die maximierte physische Behinderung für den vertikal herabfallenden Waschflüssigkeitsstrom für eine gegebene vertikale Distanz, die durchlaufen wird, und ohne unangemessene Behinderung oder Rückdruck für den Durchfluß bereitzustellen. Die Filtermittel 124 brechen außerdem jegliche teilchenförmige Materialien und Niederschlagsklumpen auf und erleichtern die Auflösung von löslichen Stoffen und das Anfeuchten von benetzbaren Stoffen im Abstrom, um diese aus dem Gasstrom durch Überführung in die Waschflüssigkeit zu entfernen.
Hydrodynamische Wirkung in der Hauptkammer 22 wird erreicht durch Zusammenwirken der Rotationssprühstangenanordnung 110 und dem gepackten Filtermittel 124. Da der Waschflüssigkeit durch die Sprühstangenanordnung 110 ein Zykloneffekt mitgegeben wird, befindet sich die Waschflüssigkeit in einem konstanten und sehr gleichmäßigen Bewegungszustand durch das Filtermittel 124. Dieser hydrodynamische Strom von Waschflüssigkeit durch das Filtermittel 124 verhindert die Entwicklung von Gängen und Kanälen durch das Mittel und verstärkt außerdem die wirkungsvolle Waschwirkung über lange Betriebszyklen ohne Eingreifen von Bedienungspersonal oder Wartung.
Ein dritter Verfahrensbereich 126 der Hauptwaschkammer 22 ermöglicht die Trennung von gewaschenem Restgasabstrom und Waschflüssigkeit. Ein Anschluß 128 führt zum Gasauslaßrohr 34 und ermöglicht es, daß gewaschener Gasabstrom aus dem Bereich 126 abgezogen wird. Der Bereich 126 ist festgelegt durch die untere durchlöcherte Platte 120 des Filterbereiches 116 und eine durchlöcherte Trennerplatte 129. Die Trennerplatte 129 ist mit einem genügenden Abstand von der unteren Filterplatte 120 angeordnet, so daß Waschflüssigkeitstropfen auf die Trennerplatte 129 mit genügend Energie auftreffen, um für ein weiteres Aufbrechen von teilchenförmigen Materialien zu sorgen, die ungelöst in der Waschflüssigkeit verblieben sind.
Ein vierter Bereich 130 der zentralen Waschkammer 22 stellt einen Waschflüssigkeitsspeicher bereit, in dem sich Waschflüssigkeit sammelt. Eine vertikale Ablenkplatte 132 benachbart zu einem Umwälzablauf 134 durch eine Bodenwand 136 der Kammer 22 bewirkt, daß die Waschflüssigkeit durch den Speicherbereich 130 hindurch zirkuliert, wodurch weiterhin die Ablagerung und der Aufbau von zum Beispiel ausgewaschenen Siliciumdioxidteilchen verhindert wird. Diese Zirkulations-induzierte Konstruktionsanordnung verstärkt außerdem die Selbstreinigungseigenschaft des Gaswäschers 16 und verringert dadurch die Notwendigkeit des Eingriffs von Bedienungspersonal und Wartung.
Ein Überflußablaufrohr 138 erstreckt sich im Speicherbereich 130 nach oben und kommuniziert mit der Austragsleitung 28. Wenn frische Waschflüssigkeit in der Einlaßeinheit 18 zum Gaswäscher zugegeben wird, steigt der Speicherpegel an und der Überschuß an (nunmehr verbrauchter) Waschflüssigkeit darin tritt aus dem Speicher aus, indem sie durch Schwerkraftfluß in das Ablaufrohr 138 überläuft. So verbraucht der Gaswäscher im Betrieb nur 7,5 bis 11 Liter (2 - 3 Gallonen) Waschflüssigkeit pro Minute, obgleich er die Wirksamkeit eines herkömmlichen Gaswaschturmes erreicht, der zum Beispiel bis zu 265 Liter (70 Gallonen) pro Minute Flüssigkeitsdurchfluß benötigt.
Die Hauptwaschkammer 22 ist vorzugsweise ausgebildet als ein längliches zylindrisches Rohr 140 aus durchsichtigem Kunststoffmaterial. Eine kreisförmige obere Abdeckung 142 ist mit Explosionsbolzen 144 am zylindrischen Rohr 140 befestigt. Eine O-Ringdichtung sorgt für eine luftdichte Abdichtung zwischen der oberen Abdeckung und dem Rohe 140. Die Reaktionsfläche 111, die obere durchlöcherte Platte 118, die untere durchlöcherte Platte 120 und die Trennerplatte 128 sind vorzugsweise aneinander ausgerichtet und zusammengebaut durch den Einsatz von drei Röhrenbeinen 131, wie in Fig. 10 dargestellt. Dann wird die so hergestellte Anordnung in die zylindrische Rohrkammer 140 eingeschoben. Die Sprühstangenanordnung 110 und das Zentralrohr 112 werden dann installiert. Die Mittel 124 werden dann in den Bereich 116 geladen und die obere Abdeckung 142 kann dann an Ort und Stelle mit Bolzen befestigt werden, was die Konstruktion der Hauptwaschkammer 22 abschließt.

Basisgehäuse 24

Das Basisgehäuse 24 stellt eine Behältnis für die Zentrifugalpumpe 100 und den Motor 106 bereit. Die Pumpe 100 hat eine Kapazität von 606 Litern (160 Gallonen) pro Minute bei 2,91 kPa (40 psi) und besitzt ein Flügelrad, das aus verstärktem Kunststoffharz (Fiberglas) hergestellt ist, um inert und unbeeinflußt von den Chemikalien zu sein, die von der Waschflüssigkeit gelöst werden oder in anderer Weise von dieser transportiert werden. Die Pumpe 100 wird direkt von dem Motor 106 angetrieben, der vorzugsweise ein luftgekühlter, 1,1 kW (1,5 PS) Einphasen-Kugellager-Elektromotor ist. Ein Umfassungsbekken 146 umgibt den Motor 106, um Kurzschluß aufgrund von Akkumulation von Waschflüssigkeit im Sekundärumfassungs-Basisgehäuse 24 zu verhindern.
Ein Einlaß zur Pumpe 100 führt vom Ablauf 134 in der Bodenwand 136 in die Hauptwaschkammer. Der Ausfluß aus der Pumpe 100 teilt sich in zwei Fließwege: einen ersten Weg durch die Leitung 96, die zur Stufe zur Erzeugung von Unterdruck 20 führt, und einen zweiten Weg, der durch die Leitung 112 zur Rotationssprühstangenanordnung 110 führt. Ein Druckschalter 148 überwacht den von der Pumpe 100 erzeugten Druck.
Ein hilfsweiser Umgehungsflüssigkeitsstromweg kann bereitgestellt werden, um kontinuierlichen Betrieb des Gaswäschers in dem Fall sicherzustellen, daß der Druck aus der Pumpe 100, wie er vom Druckschalter 148 abgefühlt wird, abfällt. Der hilfsweise Weg ist am besten in den Figs. 2 und 3 dargestellt. Ein Einlaß für hohe Durchflußgeschwindigkeit 150 aus der Waschflüssigkeitsversorgung (die typischerweise die kommunale Wasserversorgung oder Versorgung mit nichtaufbereitetem Wasser ist, wenn Wasser die Waschflüssigkeit ist) führt durch ein normalerweise offenes Solenoid-Durchflußkontrollventil 152. Wenn der Motor 106 mit Energie versorgt wird und Betriebsdruck aus der Pumpe 100 am Druckschalter 148 abgefühlt wird, schließt das Solenoid-Ventil 152, um Umgehungsstrom zu verhindern. Dies ist die normale Betriebsbedingung. Einweg-Rückschlagventile 154 und 156 verhindern den Rückstrom entweder zum Einlaß 150 oder durch die Pumpe 100. In dem Fall, daß der Pumpendruck abfällt, öffnet sich das Solenoid-Ventil 152 und Flüssigkeitsstrom fließt dann direkt aus der kommunalen Wasserversorgung in die Leitungen 96 und 112. Dieses ermöglicht es, daß der Gaswäscher 116 den Betrieb fortsetzt, jedoch mit einer sehr hohen Verbrauchsrate für die Waschflüssigkeit. Um sich an diesen Umgehungsbetriebsmodus anzupassen, müssen der Überlaufablauf 138 und die Austragsleitung 28 in der Größe so dimensioniert sein, daß sie den maximalen Flüssigkeitsdurchfluß bewältigen, der während des Notfall-Umgehungsmodus auftritt. Eine abnehmbare Schütze 158 verschließt normalerweise die Basis 24, ermöglicht jedoch leichten Zugang zur Pumpe 100, zum Motor 106 und zum damit verbundenen Leitungssystem. Ein Ein/Aus-Schalter 160 ermöglicht es, daß die Primärenergie ein- und ausgeschaltet wird, um den Pumpenmotor 106 zu betreiben. Ein Hilfsablauf 162 ermöglicht es, daß das Innere des Sekundärumhüllungsgehäuses 24 ablaufen kann, wenn dies notwendig sein sollte.
Da der Rauchgaswäscher 16 in einer Umgebung mit hohem Wasserstoffgehalt betrieben werden kann, kann ein Explosionskäfig, der aus durchlöchertem Stahlblech gebildet ist (nicht dargestellt), um das Außengehäuse 102 als ein zusätzlicher Schutz für das Betriebspersonal vorgesehen sein.

Regler 164

Ein automatischer Regler 164 für den Rauchgaswäscher 16 ist in Fig. 11 dargestellt. Wie in Fig. 1 gezeigt, spricht der Regler 164 auf das Reaktorverfahren 12 an. Steuersignale über ein Kabel 166 treten in den Regler 164 ein und versorgen ihn mit Informationen, die den Ablauf des Verfahrens 12 betreffen. Der Regler wird informiert, wenn das Verfahren 12 beginnt oder stoppt, wobei ein gasförmiger Abstrom ausgestoßen wird, und der Regler 164 regelt daraufhin den Betrieb des Gaswäschers 16, um elektrische Energie und Waschflüssigkeit zu sparen, selbst wenn es Wasser ist. Ein regelbarer Zeitverzögerungsschaltkreis 168 ermöglicht es, daß der Gaswäscher 16 für drei bis neun Minuten weiterarbeitet, nachdem das Verfahren 12 beendet ist, das den gasförmigen Abstrom ausstößt. Ausgangsleitungen 170 und 172 führen zum Motor 106 und zu einem Waschflüssigkeits-Solenoid-Ventil, das Flüssigkeit in die Einlaßeinheit 18 einspeist; und zum Umgehungs-Solenoid-Ventil 152.
Der Regler 164 kann auch andere geeignete Schalter und Anzeigen einschließen, wie etwa einen System-Umgehungsschalter 174, eine System-"Ein"-Anzeige 176 und eine System-Automatikmodus- "Aus"-Anzeige 178. Der Regler 164 kann in einem geeigneten Gehäuse 180 untergebracht sein, das an der Seite des Gaswäschers 16 mit einem geeigneten Arm 182 angebracht sein kann.

Hochleistungs-Gaswäscher 216

Erhöhte Gaswaschkapazität kann durch Verwendung des in den Figs. 12 und 13 dargestellten Gaswäschers 216 erreicht werden, in denen mit dem Gaswäscher 16 gemeinsame Elemente die gleichen Bezugszeichen tragen. Der Gaswäscher 216 verwendet eine einzige Einlaßeinheit 18 und eine Einheit zur Erzeugung von Unterdruck 20 und besitzt einen einzigen Auslaß für gasförmigen Abstrom 34. Eine längliche, oval geformte Hauptwaschkammer 22 ist ausgerüstet mit zwei Rotationssprühstangen 110, die durch zwei vertikale Zuführleitungen 112 versorgt werden. In geeigneter Weise in der Größe dimensioniert ersetzen oval geformte Elemente 118', 120', 136' und 148' die kreisförmigen Elemente mit derselben Funktion im Gaswäscher 16. Zwei Pumpen 100, die parallel betrieben werden, liefern den erforderlichen Waschflüssigkeitsdruck, um die Einheit zur Erzeugung von Unterdruck und die Sprühstangen 110 zu betreiben. Ansonsten funktioniert der Gaswäscher 216 genauso wie der Gaswäscher 16; jedoch mit erhöhter Rauchgaswaschkapazität und weniger Kosten pro Volumen gewaschenem Abstrom.

Gaswäscher mit geschlossenem Kreislauf

Bei einigen Prozeßbedingungen, die beträchtliche Mengen an giftigen Materialien mit sich bringen, die im gasförmigen Abstrom vorhanden sind, kann ein Rauchgaswaschverfahren mit geschlossenem Kreislauf erforderlich sein. Beispiele schließen Ionenimplantationsverfahren, CVD-Reaktoren und eine Vielzahl von anderen, üblicherweise anzutreffenden Anlageteilen zur Halbleiterherstellung ein. Mit zusätzlichen Vorrichtungen können entweder der Gaswäscher 16 oder der Gaswäscher 216 so angepaßt werden, daß chemische Waschsubstanzen in Flüssigphase verwendet werden, wie etwa z.B. KMnO&sub4;, um wirkungsvoll Arsin, Phosphin und Diboran-Verbindungen auszuwaschen.
Fig. 14 und 15 veranschaulichen Einrichtungen zur Anpassung des Gaswäschers 216 an Betrieb mit geschlossenem Kreislauf. Ein Umwälztank 218 ist durch die Rohre 220 und 222 mit dem Gaswäscher 216 verbunden. Kühlmittelschlangen können vorgesehen sein, um Wärme vom Tank 218 abzuziehen und eine Steuerkonsole 224 kann oben auf dem Tank 218 vorgesehen sein. Die Steuerkonsole 224, die in den Figs. 14 und 15 dargestellt ist, liefert eine Steuerung 226 zur Regulierung des Durchflusses durch die Kühlschleife, gemessem mit einem Durchflußmesser 228. Ein pH-Regler 230 ermöglicht die positive pH-Korrektur der chemischen Waschsubstanz über einen geeigneten pH-Korrektur-Prozessor, der im Gehäuse des Tanks 218 enthalten ist. Ein Hauptenergieschalter 232, eine Hauptenergieanzeigelampe 234, ein Pumpe-"Aus"-Schalter 236 und eine Pumpe-"Aus"-Anzeigelampe 238 können ebenfalls in der Steuerkonsole 224 eingeschlossen sein. In der Konfiguration des geschlossenen Kreislaufs werden die Schalter 232 und 236 und die Anzeigelampen 234 und 238 verwendet, um die Pumpenmotoren 106 und die Druckschalter 148 des Gaswäschers 216 zu regeln und zu überwachen. Das Tankgehäuse kann auch einen Speicher für ein Neutralisationsmittel mit niedrigem pH einschließen, wie etwa ein Hydroxid oder eine andere geeignete alkalische Lösung.
Für die Fachleute auf diesem Gebiet, an die sich die vorliegende Erfindung richtet, sich werden viele Veränderungen und in breitem Umfang variierende Ausführungsformen von selbst ergeben. Die vorstehende Beschreibung wird zur Veranschaulichung vorgelegt und sollte nicht als die vorliegende Erfindung beschränkend angesehen werden, deren Schutzumfang genau in den folgenden Ansprüchen angegeben ist.

Claims

1. Ein hydrodynamischer Rauchgaswäscher zum Waschen eines Abstroms in Gasphase mit einer Waschflüssigkeit, wobei der Rauchgaswäscher umfaßt:

eine Einlaßeinheit (18), die einen Sammelbereich für unter Druck stehendes Inertgas (52) zur Aufnahme eines Inertgases und zur Kommunikation mit einer Quelle des gasförmigen Abstroms und einen Waschflüssigkeitskammerbereich (62) direkt unterhalb des Gas-Sammelbereichs (52), um eine Grenzfläche zwischen Gas und Waschflüssigkeit zu bilden, einschließt, wobei besagter Waschflüssigkeitskammerbereich (52) eine Waschflüssigkeitszuführeinheit (64) zur Aufnahme einer Waschflüssigkeit von einer Quelle derselben und eine Waschflüssigkeitsüberlaufeinheit (61) an besagter Grenzschicht aufweist, um den Fluß von Waschflüssigkeit aus dem Kammerbereich (62) und den gleichzeitigen Durchgang von gasförmigem Abstrom, vermischt mit Inertgas, aus dem Sammelbereich (52) zu ermöglichen,

eine Einheit zur Erzeugung von Unterdruck, die ein Rohr (95) und eine Düse (91) einschließt, um eine erste unter Druck stehende Komponente der Waschflüssigkeit zum Rohr zu lenken, um Unterdruck zu erzeugen und um die Mischung des hereinkommenden gasförmigen Abstroms mit der Waschflüssigkeit innerhalb besagten Rohres zu unterstützen,

eine Hauptwaschkammer (22), welche einschließt:

eine Einheit zur Aufnahme der ersten unter Druck stehenden Komponente der Waschflüssigkeit und des Abstroms aus der Einheit zur Erzeugung von Unterdruck in einen oberen Bereich (108) der Kammer,

eine hydrodynamische Sprüheinheit (110), die angetrieben wird durch eine zweite unter Druck stehende Komponente der Waschflüssigkeit, um die zweite Komponente hydrodynamisch über den oberen Bereich der Kammer (108) zu versprühen,

eine Filtermitteleinheit (116), die in einem zentralen Bereich der Kammer (108) angeordnet ist, zum Filtrieren und Vermischen des gasförmigen Abstroms und der Waschflüssigkeit, um dadurch die Lösung von Komponenten im Abstrom zu unterstützen, die in der Waschflüssigkeit löslich sind,

einen Bereich (126) zur Trennung von Waschflüssigkeit und gewaschenem Gas in der Kammer (22) unter der Filtermitteleinheit (116) zur Trennung und Abgabe von darin gesammeltem Abstrom aus gewaschenem Gas,

eine Spritzplatteneinheit (129) an der unteren Begrenzung des Trennbereiches (126), um Teilchenmassen, die in der Waschflüssigkeit gebildet sind, weiter aufzubrechen, wenn diese von einer Unterfläche der Filtermitteleinheit (116) durch den Trennbereich tropft,

eine Waschflüssigkeitsspeichereinheit (130) unterhalb der Spritzplatteneinheit (129) in einem untersten Bereich der Kammer (22) zur Aufnahme überschüssiger Waschflüssigkeit,

wobei der Gaswäscher außerdem eine Austragseinheit (28) umfaßt zum Austragen von Waschflüssigkeit aus der Speichereinheit (130) mit einer Durchflußgeschwindigkeit, die der Durchflußgeschwindigkeit der von der Zuführeinheit hereinkommenden Waschflüssigkeit annähernd entspricht.

2. Der hydrodynamische Rauchgaswäscher nach Anspruch 1, der außerdem eine Umwälzpumpeneinheit (106) zur Aufnahme eines Teils der Waschflüssigkeit aus der Speichereinheit (130) und zur Zuführung der ersten und zweiten Komponente der Waschflüssigkeit unter Druck zu der Einheit (20) zur Erzeugung von Unterdruck bzw. zu der hydrodynamischen Sprüheinheit (110) umfaßt.

3. Der hydrodynamische Rauchgaswäscher nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Inertgas-Sammelbereich (52) mit einem inerten Mischgas (58) unter Druck zur Vermischung mit dem hereinkommenden gasförmigen Abstrom versorgt wird.

4. Der hydrodynamische Rauchgaswäscher nach Anspruch 1, der außerdem einen äußeren Behälter (102) umfaßt, der eine Mischkammer in der Filtermitteleinheit (116) umgibt und enthält, wobei der Raum zwischen dem äußeren Behälter und der Mischkammer einen Temperatursteuerungssammelraum (104) zur Regulierung der Umgebungstemperatur der Mischkammer definiert.

5. Der hydrodynamische Rauchgaswäscher nach Anspruch 4, wobei ein Heizgas zum Temperatursteuerungssammelraum (104) zugeführt wird, um die Temperatur der Mischkammer anzuheben.

6. Der hydrodynamische Rauchgaswäscher nach Anspruch 5, der außerdem Umwälzpumpenmittel (100) zur Aufnahme eines Teils der Waschflüssigkeit aus der Speichereinheit (130) und zur Zuführung der ersten und zweiten Komponente der Waschflüssigkeit (96, 112) unter Druck zu der Einheit (20) zur Erzeugung von Unterdruck bzw. zu der hydrodynamischen Sprüheinheit (110) umfaßt, wobei Wärme von der Umwälzpumpeneinheit in einem Luftstrom in den Temperatursteuerungssammelraum (104) geleitet wird, wodurch die Mischkammer erhitzt wird.

7. Der hydrodynamische Rauchgaswäscher nach Anspruch 1, wobei die Waschflüssigkeit Wasser ist.

8. Der hydrodynamische Rauchgaswäscher nach Anspruch 7, wobei das als die Waschflüssigkeit verwendete Wasser einer kommunalen Wasserversorgung entnommen wird; wobei der Rauchgaswäscher außerdem die Umwälzpumpeneinheit (100) zur Aufnahme eines Teils des Wasser aus der Speichereinheit (130) und zur Zuführung der ersten und zweiten Komponente des Wassers unter Druck zu der Einheit (20) zur Erzeugung von Unterdruck bzw. zu der hydrodynamischen Sprüheinheit (110) umfaßt; und wobei eine Umwälzpumpenumgehungseinheit vorgesehen ist, die eine Solenoidventileinheit (152) einschließt, um die Umwälzpumpe zu umgehen, indem Wasser aus der kommunalen Wasserversorgung direkt zu der Einheit (20) zur Erzeugung von Unterdruck und zu der hydrodynamischen Sprüheinheit (110) im Falle des Versagens der Umwälzpumpeneinheit zugeführt wird, um dadurch den Betrieb des hydrodynamischen Rauchgaswäschers mit erhöhtem Wasserdurchfluß fortzusetzen.

9. Der hydrodynamische Rauchgaswäscher nach Anspruch 1, wobei die Filtermitteleinheit eine Mehrzahl von diskreten, im allgemeinen sphärischen gerippten Füllmaterialzellen (124) umfaßt.

10. Der hydrodynamische Rauchgaswäscher nach Anspruch 1, wobei der Abstrom in Gasphase aus einem in Abfolge ablaufenden Herstellungsverfahren stammt und wobei er außerdem eine automatische Abfolgekontrolleinheit (164) umfaßt, die auf das Herstellungsverfahren anspricht, um den Betrieb des Rauchgaswäschers in Reaktion auf die Betriebsbedingungen des Herstellungsverfahrens automatisch zu starten und zu stoppen.

11. Der hydrodynamische Rauchgaswäscher nach Anspruch 1, der außerdem eine Gehäuseeinheit (102) umfaßt, wobei besagte Gehäuseeinheit einen Sekundärmantel (130) für die Waschflüssigkeit bereitstellt.

12. Der hydrodynamische Rauchgaswäscher nach Anspruch 2, wobei die Umwälzpumpeneinheit (100) in einem Gehäuse (24) enthalten ist, das unterhalb der Waschkammer gebildet ist, wobei das Gehäuse (25) einen Sekundärmantel für die Waschflüssigkeit bereitstellt.

13. Der hydrodynamische Rauchgaswäscher nach Anspruch 1, wobei die hydrodynamische Sprüheinheit (110) eine massenausgeglichene drehbare Düsenanordnung (114) umfaßt, die axial über einer zentralen Leitung (112) angebracht ist, die sich in der Kammer nach oben erstreckt, wobei der Durchfluß der zweiten Komponente der Waschflüssigkeit bewirkt, daß die drehbare Düsenanordnung sich dreht und die Waschflüssigkeit gleichmäßig über den oberen Bereich (108) der Waschkammer versprüht.

14. Der hydrodynamische Rauchgaswäscher nach Anpruch 13, wobei die drehbare Düsenanordnung (114) eine Vielzahl von Sprüharmen umfaßt, die in gleichmäßigem Abstand angeordnet sind und sich von einem peripheren Sammelrohr der Anordnung aus erstrecken.

15. Der hydrodynamische Rauchgaswäscher nach Anspruch 2, der außerdem eine Spritzplatteneinheit umfaßt, die in der Waschflüssigkeitsspeichereinheit (130) angeordnet ist, in Zusammenwirken mit einem Einlaß zu der Umwälzpumpeneinheit (100), um zu bewirken, daß die darin gesammelte Waschflüssigkeit verspritzt und darin zirkuliert, um einen Aufbau von teilchenförmigen Rückständen, die aus dem gasförmigen Abstrom ausgewaschen werden, zu verhindern.

16. Der hydrodynamische Rauchgaswäscher nach Anspruch 1, wobei die Austragseinheit ein Ablaufrohr (28) einschließt, das eine Öffnung (64) besitzt, die mit dem oberen Teil der Waschflüssigkeitspeichereinheit fluchtet, um den Pegel der in der Speichereinheit (130) gespeicherten Waschflüssigkeit einzustellen, wobei das Ablaufrohr in der Größe so ausgelegt ist, daß die Waschflüssigkeit mit einer Geschwindigkeit ausgetragen wird, die nicht geringer ist als die maximale Zuführgeschwindigkeit der Waschflüssigkeit aus der Zuführeinheit.