TSUGA：從碩士論文到成功除氮氧化合物(DeNOx)解決方案
在半導體生產中，有效去除氮氧化物 (NOx) 至關重要。這些有害化合物是在生產過程中產生的，對環境和健康構成重大風險。DAS Environmental Experts 以創新的解決方案支援客戶有效淨化這些有害廢氣。
DeNOx 是用來去除半導體生產過程中產生的氮氧化物，以及隨後在 Subfab 中淨化製程氣體的製程。氮氧化物是危害環境和人類的有害化合物。DeNOx 製程包括使用催化劑和還原劑來吸收或化學轉換氣體中的氮氧化物，然後再將其釋放到大氣中。這有助於減少環境污染。
早在 2017 年，DAS Environmental Experts (DAS EE) 首次解決半導體生產中的高效氮氣處理問題，並迅速開發出 TSUGA 這種用於二次廢氣淨化的獨立解決方案。最初作為碩士論文的內部開發專案的一部分，很快就傳開了。DAS EE 的研發團隊與薩克森州傑出的研究生態系統合作，特別是在德勒斯登工業大學 (Technical University Dresden) 和弗萊堡工業大學 (Technical University Bergakademie Freiberg) 的支持下，專注於使用可連接到廢氣淨化系統 (例如燃燒-水洗式系統) 下游的二次消減系統，研究更有效率的廢氣處理方法。
實驗設定
第一步，我們建立了一個帶有上游粉塵過濾器的簡化實驗室系統。該系統基於使用氨的選擇性催化還原 (SCR)。半導體生產過程中產生的廢氣首先在燃燒式廢氣處理系統中使用綜合燃燒流程進行處理，然後洗掉。在下一步中，已處理的廢氣會通過下游 DeNOx 系統中的高效膜過濾器進入 SCR 反應器，與作為還原劑的氨（NH3）混合，並加熱到 180 °C — 300 °C 的溫度範圍內。然後，它流經蜂巢式催化轉換器，與氨一起還原為氮氣和水蒸氣。
圖表顯示了 TSUGA 的功能原理。
高還原效率
該系統可實現極高的 NOx 減少效率（高達 95%），以及令人印象深刻的總粉塵含量減少效率（高達 99.9%）。經處理後的氣體可安全地排放到環境中。有幾個因素促成了這些出色的數值，首先是特別設計的 SCR 反應器，它必須既緊湊又高效。得益於所有參數的精密調整，例如氨的加入量、正確的溫度選擇以及製程熱量的最佳利用，TSUGA 以相對較低的額外能源需求和低氨滑移實現了上述效率值。同時，整合式微粒過濾器可確保催化轉換器得到最大程度的保護。
其他一些學生論文涉及製程優化的進一步可能性，特別是通過開發一種基於線上測量還原效率和氨滑移的高效控制概念。此外，還進行了全面的測試，以便能夠在盡可能接近現實的條件下評估系統中各組件之間的相互作用。除了系統在分離和熱能回收方面的效率外，重點還在於敏感壓力要求下的運行穩定性。
從實驗室計畫到試驗工廠
2021 年，這種方法引起了一家知名半導體製造商的濃厚興趣，該製造商正在尋找創新的解決方案，以大幅減少氮氧化物的排放。DAS EE 以長期可靠的環境技術解決方案供應商而為該公司所熟知。在與該客戶的緊密合作下，實驗室專案在短短六個月內就變成了試驗工廠，並於 2022 年在製造商的 Subfab 中進行了初步的耐久性測試。DAS Environmental Experts 透過快速調整技術以符合客戶的特定需求，得以展示當時仍無名的測試系統效能。
一個意想不到的挑戰是，SCR 系統（後來被命名為 TSUGA*）並非如最初假設的那樣，連接在 DAS EE 燃燒-水洗式系統的下游，而是另一個供應商的系統的下游。透過對測試設備進行必要的調整，以適應製程氣體流量和上游製程的其他具體細節，環境專家獲得了寶貴的經驗，使 TSUGA 可以多變地適應不同的製程順序。
技術規格
除氮氧化合物(DeNOx)： 使用氨的 SCR（選擇性催化還原 )
- 無論 NOx 來源為何，均具有高還原率：高達 95% **
- 低 NH3 滑移： 透過精確控制還原劑的劑量，可達到 10 ppm **
- 靈活的 NO 和 NO2 解決方案，濃度範圍寬廣，最高可達 4000 ppm，總流量最高可達 5000 slm
- 低能源需求：低溫製程，並透過熱交換器回收能源
除塵： 膜過濾器 (表面過濾)
- 催化劑必要的預處理
- PM2.5、PM10、總粉塵顆粒減少效率高（高達 99.9）
- 適用於典型的燃燒後 PM 污染物
** NOx DRE 和 NH3 滑移之間的折衷： 增加 DRE 會導致滑移增加，反之亦然。
DAS 的氣體處理事業部 (BUG) 和水處理事業部 (BUW) 兩大業務單位之間的良好合作，使得系統的快速發展成為可能。水處理業務是傳統的專案業務，必須在指定時間內於指定地點實現客戶的精確規格。這種特殊形式的專案管理成功地應用於實驗室設備的快速進一步開發，使其成為成熟的客戶產品。共同的努力得到了回報：甚至在試驗項目完成之前，DAS EE 就收到了針對大批量製造 (HVM) 而優化的 TSUGA 系統的訂單。
DAS EE 對於客戶的高度信任感到非常自豪，這也是我們在智慧型環境解決方案開發方面成功工作的有力證明！
瞭解更多：
如同所有 DAS 的產品名稱一樣，*TSUGA 的名稱來自植物學，指的是鐵杉樹的屬名，其主要特性是耐用性和耐濕性。