半导体行业氮氧化物（NOx）排放减量的高效解决方案
半导体行业氮氧化物（NOx）排放减量的高效解决方案
酸雨与严重雾霾——这些对健康与自然的威胁，都是由氮氧化物（NOx，包括 NO₂ 和 NO）造成的。在许多行业中，处理燃烧过程中产生的有害 NOx 是一大挑战。
戴思 DAS Environmental Expert 开发了一套交钥匙解决方案，用于 NOx 处理，适用于半导体行业及其他工业领域。
什么是氮氧化物？它们对环境与健康有哪些影响？
氮氧化物，简称 NOx，是由燃烧化石燃料（如石油、天然气、煤炭或木材）产生的气态化合物。氮氧化物主要包括一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO₂）。
一氧化氮（NO）是一种无色的生物活性物质，体内可作为信号分子使用。它具有扩张血管的作用，因此在心脏病学和心脏外科以及新生儿肺动脉高压的治疗中被应用。NO 在大气中容易氧化为 NO₂。二氧化氮（NO₂）是一种红褐色、有强烈刺激性气味的剧毒气体，在温度超过 200 °C 时，会分解为一氧化氮和氧气。NO₂ 与水反应会生成酸性物质，导致酸雨形成；两种氮氧化物还会参与夏季烟雾（光化学烟雾）的生成。氮氧化物对人类和动物的健康具有危害性，尤其是二氧化氮，会刺激并损伤呼吸道和眼部黏膜，并影响肺功能。在高浓度下吸入这些氮氧化物气体非常危险，可能导致呼吸困难、肺水肿等严重健康问题。
空气污染中有相当一部分来自交通运输（约占总排放量的 37%）。固定污染源（约占 30% 的排放量）主要包括发电厂、废物焚烧厂、玻璃和水泥制造厂以及石油炼厂。不仅在燃烧过程中，使用硝酸等工艺操作时也可能释放氮氧化物。此外，农业作为 NOx 排放源的重要性也在增加（约占 10%）。
因此，许多国家对氮氧化物已制定严格的排放标准。全球范围内，各国政府和主管部门正努力进一步限制这类空气污染物的释放。国家环境法规，如德国的 TA-Luft 或美国的 EPA，对 NOx 排放制定了严格的限值。因此，不仅上述大型 NOx 排放源需要控制，高科技产业，例如半导体产业，也迫切需要有效的解决方案来预防、减少或处理氮氧化物排放。
氮氧化物是如何产生的？
NOx 主要是在各种燃烧过程中，氮气被氧化形成的。根据生成机制的不同，可分为三类：
热力性 NOx（Thermisches NOx）：在相对高温条件下（超过 1300 °C），燃烧空气中的氮与氧反应生成。
燃料型 NOx（Fuel-NOx）：由燃料中化学结合的氮在温度约 800 °C 以上分解形成。这些复杂的化学过程会受到反应条件的显著影响。
快速生成型 NOx（Prompt NOx）：在火焰前沿，燃料自由基（CHx）作用下，氮也可能被转化为氮氧化物。
在正常燃烧过程中，NOx 中约 95% 为一氧化氮（NO），二氧化氮（NO₂）主要在燃烧后与大气中的氧反应生成。在不利的工艺条件下，也可能生成一氧化二氮（N₂O），即熟知的笑气。笑气在医学中用于麻醉，在食品工业中用作推进气体。笑气被认为是一种温室气体，其温室效应约是二氧化碳的 298 倍。
半导体产业中的氮氧化物（NOx）
基本上，半导体产业是全球最耗用资源的产业之一，其对环境的影响广泛，包括能源与水资源消耗以及废弃物产生。
氮气通常作为保护气体或冲洗气体，用于洁净室内硅晶圆的加工过程，因为在常温下氮气极为惰性，但在高温条件下可能生成热力性氮氧化物（NOx）。这主要涉及 点位燃烧设备（Point-of-Use Verbrennungsanlagen），如用于蚀刻后处理全氟碳化物（PFC）的设备。反应器中分解 PFC 所需的高温，也会副作用地促进 NOx 的生成。
在半导体产业中，氮化合物还用于沉积氮化物薄膜。例如，在化学气相沉积（CVD）过程中形成氧氮化物薄膜时，通常使用一氧化二氮（N₂O）。不仅在微电子制造中，在薄膜显示器和薄膜太阳能电池生产中，也使用三氟化氮（NF₃）清洁 CVD 腔室；氨气（NH₃）则用于晶体硅太阳能电池的制造。
这些含氮化合物未反应的残留物通常与其他工艺气体一起进行热处理，因此被视为氮氧化物（NOx）排放的来源，其生成机制遵循燃料型 NOx（Fuel-NOx）原理。
戴思 DAS 提供创新的二级废气处理解决方案
作为半导体行业的创新领导者，DAS Environmental Expert GmbH（DAS EE） 开发了 TSUGA 解决方案，用于 NOx 生成废气处理设备（如燃烧器洗涤系统）的二级废气净化。这一方案为高科技晶圆厂及其他工业应用提供了高效且可靠的选择。
TSUGA 的点位解决方案可处理 NOx 浓度高达 4000 ppm（NO₂、NO）、细颗粒物（PM1、PM2.5、PM10）以及高达 5000 slm（标准升/分钟）的高流量废气。因此，单台 TSUGA 系统可同时连接多台废气处理设备。
DAS 的 NOx 和粉尘减排解决方案结合了最先进的技术：高效 DeDust 过滤系统 与 选择性催化还原（DeNOx）技术。在 DeDust 阶段，经实证可去除 超过 99% 的颗粒物（如 SiO₂）。这一过滤过程可防止后续组件及催化剂堵塞，并确保催化剂在长期运行中保持最佳活性。
在随后的 DeNOx 阶段，采用的技术可将 NOx 可靠地转化为 氮气（N₂）和水（H₂O），即 选择性催化还原技术（Selective Catalytic Reduction, SCR）。得益于 SCR 催化剂，可实现 超过 95% 的 NOx 减排，排放量可降至约 5 ppm。在 TSUGA 系统中，使用了最先进的 DeNOx 催化剂。用于 NOx 还原的氨气（NH₃）会自动添加，内部传感器可精确控制用量，从而降低整体介质消耗。
通过我们的设计，可长期稳定高效地处理波动的 NOx 浓度，并保持催化剂的长期活性。同时，TSUGA 通过回收超过 75% 的工艺热量，实现最低能耗。
TSUGA 还集成了实时监控功能：系统配备 NOx 排放在线监测，可优化控制所有相关参数，并确保符合 德国 TA-Luft 和 美国 EPA 标准。生成的数据可用于政府审核及文件记录。设备操作与维护可完全从前方进行，无需从侧面或背面进入。
