利用放射線的六氟化硫處理方法、副產(chǎn)物回收及處理裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種六氟化硫處理方法、副產(chǎn)物回收及處理裝置，本發(fā)明的六氟化硫處理方法、副產(chǎn)物回收及處理裝置是能夠用低成本安全地處理六氟化硫的很有效的方法和裝置。
【專利說明】
利用放射線的六氟化硫處理方法、副產(chǎn)物回收及處理裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種六氟化硫處理方法、副產(chǎn)物回收及處理裝置，更詳細地，涉及一種向六氟化硫(SF6)和氫氣(H2)的混合氣體照射放射線，從而將六氟化硫和氫氣分解為氟化氫(HF)和硫(S)，并對所產(chǎn)生的氟化氫和硫進行安全的處理，由此可進行回收并實現(xiàn)資源化的六氟化硫處理方法、副產(chǎn)物回收及處理裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]含有F、Cl、Br、I等鹵族元素的化合物大部分反應(yīng)性強，因此在殺菌、玻璃工藝、膠卷等工業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。
[0003]特別是，含有氟的氣體中SF6、HFC、PFC屬于聯(lián)合國氣候變化框架公約(UnitedNat1ns Framework Convent1n on Climate Change，UNFCCC)及京都議定書(KyotoProtocol，1997年12月)中明示的六大溫室氣體，最近NF3溫室效應(yīng)的危害性也引起了關(guān)注。
[0004]這些氣體被用作重型電氣設(shè)備的絕緣氣體、半導(dǎo)體蝕刻及制冷劑，SF6的溫室效應(yīng)指數(shù)為0)2的23，900倍，且具有約3，000年的壽命，一旦被排放到大氣中則起到幾乎永久性提高地球溫度的作用，因此為了防止全球變暖而對每個國家的排放量進行限制，并且需要進行處理。
[0005]現(xiàn)有的處理這些氟化合物等溫室氣體的技術(shù)有高溫焚燒、熱分解、催化氧化及等離子體處理法等，但高溫焚燒處理法由于產(chǎn)生S0x、N0x等而引起大氣二次污染，而熱分解處理法由于消耗的能量多且分解副產(chǎn)物導(dǎo)致的裝置的腐蝕，而且催化劑中毒、等離子體分解法存在消耗能量多、分解率低等問題，因此在工業(yè)應(yīng)用方面存在局限性。
[000?]例如，韓國授權(quán)專利第0860835號公開了一種在不提供水分的全氧環(huán)境條件下對六氟化硫進行處理的方法，然而其具有上述的問題。
[0007]特別是，90%以上的高濃度氟化物氣體的處理效率低，因此需要不僅分解效率高而且具有經(jīng)濟性的處理方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008](一)要解決的技術(shù)問題
[0009]本發(fā)明提供一種安全高效地處理溫室效應(yīng)指數(shù)高的六氟化硫的同時再利用分解副產(chǎn)物的回收方法。
[0010]此外，本發(fā)明提供一種有效而具有經(jīng)濟效益的六氟化硫處理裝置。
[0011](二)技術(shù)方案
[0012]本發(fā)明涉及一種六氟化硫處理方法、副產(chǎn)物回收及處理裝置，本發(fā)明的六氟化硫處理方法及副產(chǎn)物回收方法包括以下步驟:a)通過照射放射線來使六氟化硫與氫氣發(fā)生反應(yīng)，從而分解并轉(zhuǎn)化為硫和氟化氫；以及
[0013]b)將上述步驟中的氟化氫冷凝成液態(tài)而回收液態(tài)氟化氫，或者將上述步驟中的氟化氫注入到金屬或非金屬離子溶液中而形成處理安全性高的氟化鹽后進行回收。
[0014]本發(fā)明的一個實施例的金屬離子溶液的金屬離子可以為IA族金屬、IIB族金屬、11IA族金屬、IVA族金屬、VA族金屬、VIA族金屬、VIIA族金屬、VIIIA族金屬(8A族)、IB族金屬、IIIB族金屬或它們的混合金屬中選擇的金屬離子。具體地，所述金屬離子可以是選自L1、K、Mg、Ca、Sc、Y、La、Ac、T1、Zr、Hf、V、Nb、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、N1、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、B、Al、Ga、In的一種或兩種以上的金屬離子。
[0015]本發(fā)明的一個實施例的放射線可以是電子束、γ射線或離子束，所述放射線的總照射量為50KGy至500KGy。
[0016]本發(fā)明的一個實施例的氫氣相對于I摩爾的所述六氟化硫，所述氫氣可以為3至6摩爾。
[0017]本發(fā)明的六氟化硫由將所述六氟化硫用作絕熱、絕緣氣體或半導(dǎo)體刻蝕氣體的工藝或裝置產(chǎn)生。
[0018]并且，本發(fā)明提供一種六氟化硫處理裝置，本發(fā)明的利用放射線的六氟化硫處理裝置包括:六氟化硫分解室，六氟化硫(SF6)和氫氣(H2)流入其中；放射線照射裝置，向流入到所述六氟化硫分解室的六氟化硫和氫氣照射放射線;硫回收單元，通過照射放射線被分解為氟化氫(HF (V))和硫(S (s))而從所述六氟化硫分解室流出的氟化氫和硫的混合物中回收硫;液態(tài)氟化氫回收單元，對從所述硫回收單元流出的氟化氫進行冷凝而回收液態(tài)的氟化氫；以及管道，將所述六氟化硫分解室、所述硫回收單元及所述液態(tài)氟化氫回收單元分別連接，以使氟化氫或硫流通，
[0019]或者，所述六氟化硫處理裝置包括:六氟化硫分解室，六氟化硫和氫氣流入其中；放射線照射裝置，向流入到所述六氟化硫分解室的六氟化硫和氫氣照射放射線;硫回收單元，通過照射放射線被分解為氟化氫和硫而從所述六氟化硫分解室流出的氟化氫和硫的混合物中回收硫;氟化鹽回收單元，將從所述硫回收單元流出的氟化氫投入到金屬或非金屬離子溶液中，并以與所述金屬或非金屬離子反應(yīng)而產(chǎn)生的氟化鹽的形式回收；以及管道，將所述六氟化硫分解室、所述硫回收單元及所述氟化鹽回收單元分別連接，以使氟化氫或硫流通。
[0020](三)有益效果
[0021]本發(fā)明的六氟化硫處理方法是利用放射線將六氟化硫分解并轉(zhuǎn)化為具有附加價值的硫和氟化氫，從而能夠減少引發(fā)全球變暖的溫室氣體的排放，同時生產(chǎn)出商業(yè)上可再利用的高純度的物質(zhì)，因此從經(jīng)濟和環(huán)境角度考慮很實用。
[0022]本發(fā)明的六氟化硫處理方法利用放射線對六氟化硫進行處理，尤其，能夠高效地處理高濃度的六氟化硫，因此經(jīng)濟又有效。
[0023]本發(fā)明的六氟化硫處理方法利用放射線以及金屬或非金屬離子溶液對溫室效應(yīng)指數(shù)高的六氟化硫進行處理，從而與現(xiàn)有技術(shù)不同，不僅不產(chǎn)生大氣二次污染，而且將所述六氟化硫轉(zhuǎn)化為可再利用的物質(zhì)，因此經(jīng)濟又環(huán)保。
[0024]利用放射線的六氟化硫的分解反應(yīng)在常溫、常壓下進行，且其為幾乎不產(chǎn)生廢棄物的工藝，因此是一種更安全更清潔的技術(shù)，在處理過程中完全不發(fā)生氧化分解反應(yīng)，因此其副產(chǎn)物單純，非常環(huán)保。
[0025]用旋風分離器代替現(xiàn)有的過濾器來回收硫，從而能夠解決過濾器被堵塞的問題，并消除阻礙排放氣體(氟化氫)的流動的因素，具有增加排放流動性的效果。
[0026]特別是，利用放射線，即具體利用電子束，從而對大量的高濃度的六氟化硫進行高效處理，因此經(jīng)濟又有效。
[0027]并且，將分解六氟化硫時所產(chǎn)生的有害物質(zhì)即氟化氫以氟化鹽的形式回收，從而能夠以無危害性的安全的物質(zhì)的形式回收。
[0028]并且，還可對氟化氫進行冷凝來以高純度的液態(tài)氟化氫的形式回收，這與以氟化鹽等形式回收的方法相比，可將回收物重新用作半導(dǎo)體蝕刻工藝等的工業(yè)原料，從而能夠大幅度降低處理費用，因此經(jīng)濟效益很高。
[0029]并且，本發(fā)明的六氟化硫處理裝置通過未反應(yīng)氣體回收裝置回收未發(fā)生反應(yīng)而剩余的氫氣和六氟化硫，并再次流入到六氟化硫分解室中而使其完全分解，從而能夠提高分解率。
[0030]這種作為溫室氣體的六氟化硫的穩(wěn)定的處理及分解副產(chǎn)物的回收技術(shù)，從環(huán)境角度考慮，可用作應(yīng)對各種法規(guī)的技術(shù)。并且，由于分解效率優(yōu)異，因此與其他技術(shù)相比，其技術(shù)性優(yōu)異。
[0031]并且，從經(jīng)濟和工業(yè)應(yīng)用角度考慮，通過不僅將半導(dǎo)體及電子產(chǎn)業(yè)工藝中產(chǎn)生的低濃度的六氟化硫，而且將重型電氣設(shè)備中產(chǎn)生的高濃度的六氟化硫分解、轉(zhuǎn)化及回收為具有附加價值的硫和氟化氫的技術(shù)，能夠期待創(chuàng)造經(jīng)濟利益。
【附圖說明】
[0032]圖1是表示本發(fā)明的利用放射線的六氟化硫處理裝置的一個實施例的圖。
[0033]圖2是表不圖1的另一種形式的不意圖。
[0034]圖3是表示本發(fā)明的利用放射線的六氟化硫的處理裝置的另一個實施例的圖。
[0035]圖4是表不圖3的另一種形式的不意圖。
[0036]圖5是表示本發(fā)明的利用放射線的六氟化硫處理裝置的另一個實施例的框圖。
[0037]【附圖說明】標記
[0038]10:氣體混合器20:過濾裝置
[0039]100:六氟化硫分解室 110:窗口
[0040]200:放射線照射裝置 300:硫回收單元[0041 ]400:液態(tài)氟化氫回收單元410:冷卻裝置
[0042]420:貯存容器430:第一回收管路
[0043]500:氟化鹽回收單元 510:鼓泡裝置
[0044]520:反應(yīng)容器530:第二回收管路
[0045]600:管道
【具體實施方式】
[0046]本發(fā)明涉及一種不僅安全而且處理效率和經(jīng)濟效益高的六氟化硫處理方法及副產(chǎn)物的回收，本發(fā)明的六氟化硫處理及回收方法包括以下步驟:
[0047]a)通過照射放射線來使六氟化硫與氫氣發(fā)生反應(yīng)，從而分解并轉(zhuǎn)化為硫和氟化氫；以及
[0048]b)將上述步驟中的氟化氫冷凝成液態(tài)而回收液態(tài)氟化氫，或者將上述步驟中的氟化氫注入到金屬或非金屬離子溶液中，形成處理安全性高的氟化鹽，然后進行回收。
[0049]本發(fā)明的六氟化硫處理方法由于使用放射線，因此，具有經(jīng)濟性，尤其是高濃度六氟化硫的分解效率很高。
[0050]本發(fā)明的一個實施例的放射線可以是電子束、γ射線或離子束，從六氟化硫的分解效率角度考慮，優(yōu)選使用電子束。
[0051]本發(fā)明中用于分解六氟化硫的放射線，尤其電子束是具有規(guī)定方向的電子的流動，電子作為原子或分子的組成元素，是質(zhì)量約為原子核的1/1800的帶負電荷的基本粒子的一種。為了用電子束分解結(jié)合在六氟化硫的氟，首先需要生成用于形成電子束的電子，而電子是由電子槍(Electron Gun)產(chǎn)生。即，讓電流通過電子槍的燈絲(Filament)來對燈絲進行加熱，則燈絲的溫度上升至約2700°C的高溫，此時從燈絲發(fā)射許多自由電子。所生成的自由電子的速度即能量被正極(Anode)的電勢差來調(diào)節(jié)，且根據(jù)對象物質(zhì)及處理目的來調(diào)節(jié)能量并照射(irradiat1n)處理對象物質(zhì)。
[0052]電子束加速器中的電子被加速到接近光速的速度，當被加速的電子與被照射物質(zhì)碰撞時，轉(zhuǎn)化為熱能、被照射物質(zhì)的原子或分子的電離能以及激發(fā)能。由于電子的質(zhì)量小，碰撞時只損失少量的能量，且進行無數(shù)次的連鎖的碰撞直到消耗所有的能量為止。通過連鎖作用由一個電子產(chǎn)生的總的電子數(shù)量達到數(shù)萬個，在此過程中由于產(chǎn)生離子、原子團(radical)、激發(fā)狀態(tài)的分子以及原子，在數(shù)秒內(nèi)結(jié)束反應(yīng)。
[0053]商業(yè)用電子束加速器的電子束利用大約10KeV?1MeV的能量，由于其能量遠比紅外線(IR)、紫外線(UV)、x射線或γ射線的能量高，不僅分解效率高，而且對物體的透射深度也大，因此能夠進行大量的處理。特別是，利用電子束的分解反應(yīng)在常溫、常壓下進行，且該工藝幾乎不產(chǎn)生廢棄物，因此是一種清潔的技術(shù)，而且在處理過程中不產(chǎn)生氧化分解反應(yīng)，因此屬于環(huán)保技術(shù)。
[0054]本發(fā)明的一個實施例的放射線的總照射量，具體地，電子束的總照射量可以為50KGy至500KGy，從六氟化硫的有效分解及經(jīng)濟性方面考慮，優(yōu)選地，可以為50KGy至200KGyo
[0055]雖然對本發(fā)明的一個實施例的金屬離子溶液中的金屬離子不作限定，但是，可以是IA族金屬、IIB族金屬、IIIA族金屬、IVA族金屬、VA族金屬、VIA族金屬、VIIA族金屬、VIIIA族金屬、IB族金屬、11IB族金屬或它們的混合金屬，優(yōu)選地，可以是IA族金屬、IIB族金屬及它們的混合金屬的離子。
[0056]對在本發(fā)明的一個實施例的金屬離子溶液中以離子形式存在的金屬不作限定，但是，具體可以是選自1^、1(、]\%、0&、5。、￥、1^、厶(3、11、2『、!^、￥、他、0、]\10、￥、]\111小6、(:0、祖、1?11、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、B、Al、Ga、In的一種或兩種以上的元素，從經(jīng)濟又有效地形成氟化鹽的角度考慮，優(yōu)選地，可以是選自1^、1(、1%、0&、(:0、8&的一種或兩種以上的元素，更優(yōu)選地，可以是選自K、Mg、Ca、Co、Ba的一種或兩種以上的元素。
[0057]從經(jīng)濟和氟化氫的有效反應(yīng)角度考慮，優(yōu)選地，本發(fā)明的一個實施例的金屬離子溶液的金屬可以是Ca或K。
[0058]對本發(fā)明的一個實施例的金屬離子溶液的濃度不作限定，但是，可以是技術(shù)人員可根據(jù)與金屬離子反應(yīng)而形成氟化鹽的氟化氫的濃度來識別的范圍，因所述氟化氫是基于所流入的六氟化硫的濃度，可通過考慮所流入的氟化氫的濃度和量來變更金屬離子溶液的濃度。
[0059]本發(fā)明的一個實施例的氫氣與六氟化硫反應(yīng)而分解并轉(zhuǎn)化為硫和氟化氫，用以下反應(yīng)式I來表示。
[0060][反應(yīng)式I]
[0061]SF6(g)+3H2(g) = 6HF(g)+S(g)
[0062]如上述反應(yīng)式I所示，本發(fā)明的一個實施例的氫氣相對于I摩爾的所述六氟化硫為3摩爾以上，優(yōu)選地，可以為3至6摩爾。
[0063]本發(fā)明的六氟化硫可以由將六氟化硫用作絕熱或絕緣氣體的工藝或裝置產(chǎn)生，例如，可以是重型電氣設(shè)備，本發(fā)明的重型電氣設(shè)備屬于本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見地認知的范圍，例如，可以是所有的輸配電設(shè)備，具體可以是發(fā)電機、電動機、變壓器以及氣體絕緣開關(guān)裝置等，本發(fā)明的重型電氣設(shè)備可以是具有高濃度六氟化硫的輸配電設(shè)備(例如，變壓器、氣體絕緣開關(guān)裝置等)。
[0064]本發(fā)明的六氟化硫處理方法還可包括為了在商業(yè)上利用而將所述步驟b)中獲得的液態(tài)氟化氫或氟化鹽進行分離而回收的步驟。
[0065]本發(fā)明的六氟化硫處理方法是，六氟化硫和氫氣通過高能量的放射線分解并轉(zhuǎn)化為硫和氟化氫，此時形成的硫以固體粉末的形式被回收，氟化氫被冷凝而以液態(tài)氟化氫的形式被回收，或者利用金屬離子溶液進行處理而以氟化鹽的形式，即以處理安全性高的非水溶性氟化鹽的形式被回收。
[0066]進而，本發(fā)明的通過處理六氟化硫而產(chǎn)生的硫和液態(tài)氟化氫或氟化鹽在商業(yè)上可再利用，因此經(jīng)濟又環(huán)保。
[0067]在本發(fā)明中要進行分解處理的六氟化硫(SF6)是典型的難降解溫室氣體，其通過包括重型電氣設(shè)備的絕緣氣體以及半導(dǎo)體工藝(例如，蝕刻工藝、化學(xué)沉積工藝等)的各種工業(yè)活動來產(chǎn)生。特別是，變壓器以及氣體絕緣開關(guān)裝置等重型電氣設(shè)備使用高純度的六氟化硫，相對于所產(chǎn)生的總的氣體，六氟化硫大約占80 %以上。
[0068]圖1是表示本發(fā)明的利用放射線的六氟化硫處理裝置的一個實施例的示意圖，參照圖1，本發(fā)明的一個實施例的六氟化硫處理裝置包括六氟化硫分解室100、放射線照射裝置200、硫回收單元300、液態(tài)氟化氫回收單元400以及管道600。
[0069]所述六氟化硫分解室100的內(nèi)部設(shè)置有六氟化硫(SF6)和氫氣(H2)可流入并流動的空間，其可形成為沿一個方向延長的長長的盒子形狀。
[0070]所述放射線照射裝置200是用于向流入到六氟化硫分解室100中的六氟化硫及氫氣照射放射線的裝置。
[0071]在圖1中示出的六氟化硫處理裝置的一個實施例中，六氟化硫分解室100的上部形成有用于使放射線通過的窗口 110，由放射線照射裝置200產(chǎn)生的放射線通過窗口 110而照射到六氟化硫分解室100的內(nèi)部。例如，窗口 110可以是設(shè)置于六氟化硫分解室100的上端開口部的鈦箔(titanium foil) 0
[0072]具體地，在六氟化硫和氫氣流入到六氟化硫分解室100的內(nèi)部并流動的過程中，通過形成于六氟化硫分解室100的一側(cè)的窗口 110，并照射由放射線照射裝置200產(chǎn)生的放射線，在放射線的照射下，六氟化硫和氫氣被分解為氟化氫和硫。
[0073]所述反應(yīng)式I表示在放射線的照射下，六氟化硫與氫氣發(fā)生反應(yīng)而被分解為氟化氫和硫。
[0074]如所述反應(yīng)式I所示，相對于I摩爾的六氟化硫，氫氣可以為3摩爾以上，優(yōu)選地，可以為3摩爾至6摩爾。優(yōu)選地，氫氣的摩爾數(shù)至少為六氟化硫的摩爾數(shù)的3倍以上，以便六氟化硫能夠完全被分解并轉(zhuǎn)化為硫和氟化氫。如果氫氣的摩爾數(shù)沒有達到六氟化硫摩爾數(shù)的3倍，則會產(chǎn)生六氟化硫的一部分不被分解而直接被流出的問題。因而，應(yīng)當具有六氟化硫摩爾數(shù)的至少3倍以上的摩爾數(shù)的氫氣同時流入到六氟化硫分解室100中。
[0075]另外，圖1中示出的所述方射線照射裝置200位于接近于六氟化硫分解室100窗口110上部的位置，使得高速電子能量能夠高效地傳遞，但這只是本發(fā)明的一個實施例而已。圖2是表示圖1的另一種形式的示意圖，圖2中的放射線照射裝置是通常使用的常用放射線加速器(未示出)，將六氟化硫分解室100設(shè)置在放射線加速器的下部，以使其接收放射線的照射。
[0076]在本發(fā)明中，放射線的總照射量可以是50KGy至500KGy，但從六氟化硫的有效分解和經(jīng)濟角度考慮，優(yōu)選地，可以是50KGy至200KGy。然而，所述總照射量可根據(jù)放射線照射裝置200、六氟化硫分解室100的規(guī)格或需要處理的物質(zhì)的流入量等而進行多種變更。
[0077]此時，放射線照射裝置200還可包括用于調(diào)節(jié)照射量、照射時間等的控制單元(未示出)。
[0078]并且，當放射線加速器內(nèi)的六氟化硫分解室100暴露在持續(xù)地照射放射線的環(huán)境時，六氟化硫分解室100的溫度會逐漸上升而引發(fā)裝置的熱變形，因此，為了降低六氟化硫分解室100的溫度，還可在外面設(shè)置六氟化硫分解室冷卻裝置(未示出)。
[0079]其次，所述硫回收單元300是通過照射放射線被分解為氟化氫(HF(v))和硫(S(s))而從所述六氟化硫分解室100流出的氟化氫和硫的混合物中回收硫的裝置。此時，流入到硫回收單元300的硫可以是固體粒子狀，可利用過濾器單獨地回收硫。更優(yōu)選地，如圖1和圖2所示，硫回收單元300可以是利用離心力來回收硫粒子的旋風分離器，在使用旋風分離器時，不存在長時間使用過濾器時會出現(xiàn)的過濾器堵塞的問題。由此，消除妨礙排放氣體(氟化氫)流動的因素，因此具有增加排放氣體的流動性的效果。
[0080]在對所述液體氟化氫回收單元400進行說明之前，首先對所述管道600進行說明，管道600將六氟化硫分解室100、硫回收單元300以及液態(tài)氟化氫回收單元400分別連接，從而起到使氟化氫或硫流通的作用。此時，考慮到連接六氟化硫分解室100和硫回收單元300的管道600使粒子狀的硫流通這一點，所述管道可制作成大直徑，更優(yōu)選地，如圖1和圖2所示，將所述管道傾斜地設(shè)置，從而在旋風分離器中最大程度地回收硫粒子。
[0081]另外，在本發(fā)明中，從六氟化硫分解室100中被分解而排出的氟化氫具有在19.5°C的溫度下被冷凝的特性。由于在本發(fā)明中優(yōu)選使氟化氫以具有良好的流動性的氣體狀態(tài)來流通，因此，優(yōu)選地，硫回收單元300和管道600還設(shè)置用于將溫度保持在冷凝溫度以上的加熱裝置(未示出)，以防止氟化氫冷凝。加熱裝置可使用通常使用的熱線，只要是具有產(chǎn)生熱或保持溫度的作用的裝置就不作特別限定。
[0082]并且，為了防止由從六氟化硫分解室100排出的氟化氫造成的腐蝕，優(yōu)選地，氟化氫流通的硫回收單元300和管道600的內(nèi)部涂覆聚乙烯(PE)或聚四氟乙烯。
[0083]氟化氫具有很強的毒性和腐蝕性，其為常溫下容易向周圍擴散的不穩(wěn)定的物質(zhì)，是難以處理的有害物質(zhì)。
[0084]用于處理這種氟化氫的液態(tài)氟化氫回收單元400是對由硫回收單元300回收硫并排放的氣體即氟化氫進行冷凝從而回收液態(tài)氟化氫的裝置。以液態(tài)形式回收氟化氫的液態(tài)氟化氫回收單元400包括:冷卻裝置410，對流入的氟化氫進行冷凝并轉(zhuǎn)化為液態(tài)；以及液態(tài)氟化氫儲存容器420，冷凝的液態(tài)氟化氫填充于其中。圖1和圖2中，冷卻裝置410設(shè)置在儲存容器420的外部，且內(nèi)部循環(huán)冷卻氣體的管狀，但這種冷卻裝置410只要能起到冷凝氟化氫的作用，對其不作特別限定。
[0085]并且，在儲存容器420的下部形成流出口，以便能夠回收被冷凝成接近于100%的純度的氟化氫。
[0086]相比于為了將有害性大的氟化氫氣體轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的鹽狀而另外添加試劑的現(xiàn)有的方法，能夠減少試劑費用，且將回收的液態(tài)氟化氫使用于半導(dǎo)體蝕刻工藝等從而能夠提高經(jīng)濟效益。即，不僅大幅度減少氟化氫的處理費用，而且還可應(yīng)用于其他的工業(yè)領(lǐng)域，因此具有一舉兩得的效果。
[0087]并且，在本發(fā)明的六氟化硫處理裝置的一個實施例中，還可包括第一回收管路430，其回收未被在氟化氫回收單元400冷凝而剩余的氣體。如圖1所示，第一回收管路430連接在儲存容器420的上部，能夠回收未被冷凝的氣體或未反應(yīng)氣體，并且，連接在六氟化硫分解室100的流入通道上，能夠使回收的氣體再次流入到六氟化硫分解室100。
[0088]當蒸汽狀的氟化氫通過冷卻裝置冷卻到19.5°C以下時，其被冷凝而以液態(tài)填充于儲存容器420中，但是，六氟化硫和氫氣在六氟化硫分解室100中未完全分解而流出的氫氣或未被分解的六氟化硫、SF5、SF4等未被冷凝而聚集在儲存容器420的上部。通過第一回收管路430重新使所述剩余的氣體流入到六氟化硫分解室100中，可以繼續(xù)循環(huán)的同時完全分解六氟化硫，因此可提高處理效率。
[0089]并且，雖然未在圖中示出，本發(fā)明可包括多個硫回收單元300和多個液態(tài)氟化氫回收單元400，從而能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)工藝。例如，在回收聚集于一個硫回收單元300和液態(tài)氟化氫回收單元400的硫和液態(tài)氟化氫期間，與其他硫回收單元300和液態(tài)氟化氫回收單元400連接而實現(xiàn)裝置的驅(qū)動。
[0090]圖3是表示本發(fā)明的利用放射線的六氟化硫處理裝置的另一個實施例的圖。
[0091]在本實施例中，對與前面所述的一個實施例相對應(yīng)的組件使用相同的附圖標記。
[0092]如圖3所示，本發(fā)明的另一個實施例的六氟化硫處理裝置包括六氟化硫分解室100、放射線照射裝置200、硫回收單元300、氟化鹽回收單元500以及管道600。
[0093]與圖1中示出的一個實施例相比，六氟化硫分解室100、放射線照射裝置200、硫回收單元300、以及管道600均相同，而區(qū)別在于，包括氟化鹽回收單元500來替代液態(tài)氟化氫回收單元400，所述液態(tài)氟化氫回收單元400是將蒸汽狀態(tài)的氟化氫進行冷凝并以液態(tài)形式進行回收，所述氟化鹽回收單元500是將氟化氫以鼓泡的形式投入到金屬或非金屬離子溶液中，且以與所述金屬或非金屬離子反應(yīng)而產(chǎn)生的氟化鹽的形式進行回收。
[0094]另外，圖4是表示圖3的另一個形式的示意圖，如上所述，是將圖3中的六氟化硫處理裝置設(shè)置在放射線加速器(未示出)的下端部的形式。
[0095]參照圖3和圖4，所述氟化鹽回收單元500包括:鼓泡裝置510，將所流入的氟化氫以微氣泡的形狀形成氣泡并投入到金屬或非金屬離子溶液中；以及反應(yīng)容器520，填充有金屬或非金屬離子溶液，且以微氣泡的形狀投入的所述氟化氫與金屬或非金屬離子反應(yīng)而產(chǎn)生氟化鹽。
[0096]如上所述，當使氟化氫氣體形成氣泡以微氣泡的形狀注入到溶液中時，氟化氫氣泡與金屬或非金屬離子溶液的接觸的表面積會變大，因此具有提高反應(yīng)效率的效果。此時，將微氣泡以微米單位的盡可能小的尺寸形成對反應(yīng)效率有利。
[0097]另外，雖然對金屬或非金屬離子溶液不作特別限定，從經(jīng)濟又有效地形成無危害性且溶解度低的氟化鹽的方面考慮，優(yōu)選地，可以是選自K、Mg、Ca、Co、Ba的一種或兩種以上的離子。代表性的是存在Ca離子的CaCh溶液，下面表不氟化氫與CaCh溶液的反應(yīng)式2。
[0098][反應(yīng)式2]
[0099]2HF+CaCl2 = CaF2 (s)+2HC1
[0100]HF是一種離子化傾向大的物質(zhì)，當注入到CaCl2溶液中時，被離子化為H+、F—，如所述反應(yīng)式，所述離子與Ca++離子結(jié)合而形成CaF2鹽。由于CaF2是具有溶解度低的特性的物質(zhì)，其不會被溶解而沉淀在反應(yīng)容器520中，因此能夠以氟化鹽的形式回收。
[0101]另外，氟化氫與CaCl2溶液反應(yīng)而形成CaF2的同時也形成鹽酸(HCL)，因此存在需要進行廢酸處理的問題。
[0102]因而，更優(yōu)選地，采用Ca0(生石灰)溶液、Ca(OH)2(熟石灰)，或KOH溶液來代替CaCl2溶液。所述溶液形成的是水而不是鹽酸，因此不存在需額外進行廢酸處理的問題，可減少廢酸處理費用。
[0103]并且，與圖1中表示的六氟化硫處理裝置的一個實施例相同地，還可包括第二回收管路530，其回收未被在氟化鹽回收單元500溶解于金屬或非金屬溶液而剩余的氣體，第二回收管路530連接在反應(yīng)容器520的上部和六氟化硫分解室100的流入通道上，從而能夠使回收的氣體再流入到六氟化硫分解室100。
[0104]并且，與以上所述的一個實施例相同地，可設(shè)置多個硫回收單元300和多個氟化鹽回收單元500，從而能夠使本發(fā)明的六氟化硫處理裝置不中斷而連續(xù)驅(qū)動。因而，在去除沉淀在一個硫回收單元300和氟化鹽回收單元500的硫和氟化鹽期間，能夠與其他硫回收單元300和氟化鹽回收單元500連接而實現(xiàn)裝置的驅(qū)動。
[0105]另外，圖5是表示本發(fā)明的利用放射線的六氟化硫處理裝置的另一個實施例的框圖，本發(fā)明的另一個實施例還可包括氣體混合器10，其將六氟化硫與氫氣混合而使其流入到六氟化硫分解室100中，并且，六氟化硫分解室100的流入通道上還可設(shè)置過濾裝置20，以防止除了六氟化硫和氫氣以外的其他物質(zhì)流入。
[0106]這是為了在對六氟化硫進行處理的過程中避免產(chǎn)生除硫和氟化氫之外的副產(chǎn)物。例如，通過半導(dǎo)體工藝產(chǎn)生的六氟化硫中可含有利用于半導(dǎo)體工藝的氮氣(Ns)。氮氣在對六氟化硫進行處理的過程中有可能引起不必要的反應(yīng)，因此提前去除。
[0107]所述過濾裝置20可以是選擇性氣體薄膜，圖5中示出過濾裝置20設(shè)置在氣體混合器10與六氟化硫分解室100之間。但并不限定于此，過濾裝置20也可設(shè)置在氣體混合器10的前端。
[0108]根據(jù)需要，氣體混合器10和過濾裝置20還可分別包括可控制氣體量、過濾量等的控制單元和供給氣體的栗。
[0109]在本附圖中示例剩余的氫氣和未分解的六氟化硫等從過濾裝置20與六氟化硫分解室100之間的通道流入，但并不限定于此，也可構(gòu)成為從氣體混合器10的前端或后端流入。
[0110]并且，本發(fā)明的六氟化硫處理裝置被設(shè)計成與外部隔離且密封的結(jié)構(gòu)，以使處理六氟化硫的過程中所產(chǎn)生的有害物質(zhì)即氟化氫不被泄露。
[0111]這種溫室氣體中的一種的六氟化硫的穩(wěn)定的處理及回收技術(shù)，從環(huán)境角度考慮，可用作應(yīng)對各種法規(guī)的技術(shù)。并且，可期待因分解效率提高而減少能量的效果。
[0112]并且，從經(jīng)濟和工業(yè)應(yīng)用角度考慮，通過不僅將半導(dǎo)體和電子產(chǎn)業(yè)工藝中產(chǎn)生的六氟化硫，而且將重型電氣設(shè)備中產(chǎn)生的高濃度的六氟化硫分解和轉(zhuǎn)化為具有附加價值的硫和氟化氫的技術(shù)，能夠期待創(chuàng)造經(jīng)濟利益。
[0113]特別是，與以氟化鹽等穩(wěn)定的形式回收的方法相比，對氟化氫進行冷凝來以高純度的液態(tài)氟化氫的形式回收的方法，能夠大幅度降低處理成本，同時可用作工業(yè)原料，因此具有很尚的經(jīng)濟效益。
[0114]下面對本發(fā)明的六氟化硫處理方法舉一個具體例子來進行說明，但本發(fā)明的權(quán)利要求范圍并不限定于此。
[0115][實施例1]
[0116]將1L的六氟化硫和40L的氫氣以50L/min的速度注入到放射線照射裝置中，并照射電子束而總照射量達到200KGy。
[0117]然后，將產(chǎn)生的硫和氟化氫流入到硫回收單元來回收IIg的硫，并將從硫回收單元流出的氟化氫流入到含有CaCl2溶液的氟化鹽回收單元中而獲得90g的CaF2。
[0118]在本發(fā)明的六氟化硫處理方法中，可通過分解六氟化硫以80%以上的收率獲得硫，并以氟或氟化鹽的形式回收90 %以上。
[0119][實施例2]
[0120]除了使用KOH溶液來替代所述實施例1中包括在氟化鹽回收單元的CaCl2溶液之夕卜，其實施方式與實施例1相同，通過該實施例2回收了9g的硫、88g的KF。
[0121]通過上述實施例能夠得知，本發(fā)明的六氟化硫處理方法是以低成本安全地處理作為溫室氣體的六氟化硫，同時通過所述方式回收的硫和氟化鹽能夠在工業(yè)上被再利用，因此是經(jīng)濟又有效的處理方法。
【主權(quán)項】
1.一種六氟化硫處理方法，包括以下步驟: a)通過照射放射線來使六氟化硫與氫氣發(fā)生反應(yīng)，從而分解并轉(zhuǎn)化為硫和氟化氫；以及 b)將上述步驟中的氟化氫冷凝成液態(tài)而獲得液態(tài)氟化氫，或者將上述步驟中的氟化氫注入到金屬或非金屬離子溶液中而形成氟化鹽。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六氟化硫處理方法，其中，所述金屬離子溶液的金屬離子為IA族金屬、IIB族金屬、11IA族金屬、IVA族金屬、VA族金屬、VIA族金屬、VIIA族金屬、VIIIA族金屬、IB族金屬、11IB族金屬或它們的混合金屬的離子。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的六氟化硫處理方法，其中，所述金屬離子是選自L1、K、Mg、Ca、Sc、Y、La、Ac、T1、Zr、Hf、V、Nb、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、N1、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、B、Al、Ga、In的一種或兩種以上的金屬的離子。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六氟化硫處理方法，其中，所述放射線是電子束、γ射線或離子束。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的六氟化硫處理方法，其中，所述放射線的總照射量為50KGy至500KGyo6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六氟化硫處理方法，其中，相對于I摩爾的所述六氟化硫，所述氫氣為3至6摩爾。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六氟化硫處理方法，其中，所述六氟化硫由將所述六氟化硫用作絕熱或絕緣氣體的工藝或裝置產(chǎn)生。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六氟化硫處理方法，還包括將在所述步驟b)中獲得的液態(tài)氟化氫或氟化鹽分離并回收的步驟。9.一種六氟化硫處理裝置，其包括: 六氟化硫分解室，六氟化硫和氫氣流入其中； 放射線照射裝置，向流入到所述六氟化硫分解室的六氟化硫和氫氣照射放射線； 硫回收單元，通過照射放射線被分解為氟化氫和硫而從所述六氟化硫分解室流出的氟化氫和硫的混合物中回收硫； 液態(tài)氟化氫回收單元，對從所述硫回收單元流出的氟化氫進行冷凝而回收液態(tài)的氟化氫；以及 管道，將所述六氟化硫分解室、所述硫回收單元及所述液態(tài)氟化氫回收單元分別連接，以使氟化氫或硫流通。10.一種六氟化硫處理裝置，其包括: 六氟化硫分解室，六氟化硫和氫氣流入其中； 放射線照射裝置，向流入到所述六氟化硫分解室的六氟化硫和氫氣照射放射線； 硫回收單元，通過照射放射線被分解為氟化氫和硫而從所述六氟化硫分解室流出的氟化氫和硫的混合物中回收硫； 氟化鹽回收單元，將從所述硫回收單元流出的氟化氫投入到金屬或非金屬離子溶液中，并以與所述金屬或非金屬離子反應(yīng)而產(chǎn)生的氟化鹽的形式回收；以及 管道，將所述六氟化硫分解室、所述硫回收單元及所述氟化鹽回收單元分別連接，以使氟化氫或硫流通。11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的六氟化硫處理裝置，其特征在于，所述六氟化硫分解室的一側(cè)形成有使放射線通過的窗口，使得由所述放射線照射裝置產(chǎn)生的放射線通過所述窗口而照射到所述六氟化硫分解室的內(nèi)部。12.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的六氟化硫處理裝置，其特征在于，所述六氟化硫處理裝置還包括六氟化硫分解室冷卻裝置，其設(shè)置在所述六氟化硫分解室的外面，且用于降低所述六氟化硫分解室的溫度。13.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的六氟化硫處理裝置，其特征在于，所述硫回收單元是利用離心力來回收硫粒子的旋風分離器。14.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的六氟化硫處理裝置，其特征在于，所述六氟化硫處理裝置還包括加熱裝置，用于使所述硫回收單元及所述管道保持氟化氫的冷凝溫度以上的溫度。15.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的六氟化硫處理裝置，其特征在于，為了防止由氟化氫引起的腐蝕，所述硫回收單元及所述管道的內(nèi)部涂覆聚乙烯或聚四氟乙烯。16.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的六氟化硫處理裝置，其特征在于，所述六氟化硫處理裝置還包括氣體混合器，其將六氟化硫與氫氣混合并使其流入到所述六氟化硫分解室中。17.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的六氟化硫處理裝置，所述六氟化硫處理裝置還包括過濾裝置，其設(shè)置在所述六氟化硫分解室的流入通道上，防止其他化合物流入。18.根據(jù)權(quán)利要求9所述的六氟化硫處理裝置，其特征在于，所述液態(tài)氟化氫回收單元包括:冷卻裝置，對流入的氟化氫進行冷凝并轉(zhuǎn)化為液態(tài)；以及液態(tài)氟化氫儲存容器，用于填充通過所述冷卻裝置被冷凝的高純度的液態(tài)氟化氫。19.根據(jù)權(quán)利要求10所述的六氟化硫處理裝置，其特征在于，所述六氟化硫處理裝置還包括第一回收管路，用于回收從所述液態(tài)氟化氫回收單元中未被冷凝而剩余的氣體。20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的六氟化硫處理裝置，其特征在于，所述第一回收管路連接在所述六氟化硫分解室的流入通道上，使回收的氣體再次流入到所述六氟化硫分解室。21.根據(jù)權(quán)利要求10所述的六氟化硫處理裝置，其特征在于，所述氟化鹽回收單元包括: 鼓泡裝置，將所流入的氟化氫以微氣泡的形狀形成氣泡并投入到金屬或非金屬離子溶液中；以及 反應(yīng)容器，填充有所述金屬或所述非金屬離子溶液，且所述以微氣泡形狀投入的氟化氫與金屬或非金屬離子反應(yīng)而產(chǎn)生氟化鹽。22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的六氟化硫處理裝置，其特征在于，所述金屬或非金屬離子溶液是將選自KOH、CaCl 2、CaO、Ca (OH) 2的任一一種物質(zhì)溶解的溶液。23.根據(jù)權(quán)利要求10所述的六氟化硫處理裝置，其特征在于，所述六氟化硫處理裝置還包括第二回收管路，其回收在所述氟化鹽回收單元中未被溶解于所述金屬或所述非金屬溶液而剩余的氣體。24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的六氟化硫處理裝置，其特征在于，所述第二回收管路連接在所述六氟化硫分解室的流入通道上，使回收的氣體再次流入到所述六氟化硫分解室。25.根據(jù)權(quán)利要求9所述的六氟化硫處理裝置，其特征在于，所述六氟化硫處理裝置包括多個硫回收單元和多個液態(tài)氟化氫回收單元，以便能夠進行連續(xù)工藝。26.根據(jù)權(quán)利要求10所述的六氟化硫處理裝置，其特征在于，所述六氟化硫處理裝置包括多個硫回收單元和多個氟化鹽回收單元，以便能夠進行連續(xù)工藝。
【文檔編號】B01D53/48GK105873857SQ201480066068
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2014年11月25日
【發(fā)明人】鄭仁夏, 柳在溶, 李冕周
【申請人】韓國原子力研究院