APARATO DE COMBUSTIÓN DE GAS.

La presente invención se refiere a un aparato, así como un método, para quemar un gas de escape que contiene al menos amoniaco. Una etapa básica en la fabricación de dispositivos semiconductores es la formación de una película delgada sobre un sustrato semiconductor por reacción química de precursores en fase de vapor. Una técnica conocida para depositar una película delgada sobre un sustrato es la deposición química en fase de vapor (CVD chemical vapour deposition). En esta técnica, los gases del proceso son suministrados a una cámara de proceso que aloja el sustrato y reaccionan para formar una película delgada sobre la superficie del sustrato. Un ejemplo de material que se deposita por lo común sobre un sustrato es el nitruro de galio (GaN). El GaN y los materiales de aleación con él relacionados (tales como InGaN, AlGaN e InGaAlN) son semiconductores compuestos que se utilizan para la fabricación de dispositivos emisores de luz o electroluminiscentes (tales como LEDs y diodos de láser) y de dispositivos de potencia (tales como HTBs y HEMTs). Estos semiconductores compuestos se forman por lo común utilizando una forma de CVD habitualmente conocida como MOCVD (deposición química en fase de vapor, metálica y orgánica metal organic chemical vapour deposition). Visto en conjunto, este procedimiento implica hacer reaccionar entre sí fuentes organometálicas volátiles de los metales del grupo III Ga, In y/o Al, tales como el trimetil galio (TMG), el trimetil indio (TMI) y el trimetil aluminio (TMA), con amoniaco a elevadas temperaturas, a fin de formar películas delgadas de material sobre obleas de un material de sustrato adecuado (tal como Si, SiC, zafiro o AlN). Está también presente, generalmente, el gas hidrógeno, lo que proporciona una gas portador para el precursor organometálico y los otros gases del proceso. Siguiendo al procedimiento de deposición conducido dentro de la cámara de proceso, se encuentra, típicamente, una cantidad residual de los gases suministrados a la cámara de proceso, contenida en el escape de gas desde la cámara de proceso. Los gases de proceso, tales como el amoniaco y el hidrógeno, son altamente peligrosos si se expulsan a la atmósfera, y así, en vista de esto, antes de que el gas de escape sea venteado o liberado a la atmósfera, se proporciona a menudo un aparato de supresión destinado a tratar el gas de escape con el fin de convertir los componentes más peligrosos del gas de escape en especies que puedan ser fácilmente extraídas del gas de escape, por ejemplo, por lavado o depuración convencional, y/o puedan ser liberadas de forma segura a la atmósfera. Un tipo conocido de aparato de supresión se describe en el documento EP-A-0819887. Este aparato de supresión comprende una cámara de combustión que tiene una tobera de combustión de gases de escape destinada a recibir el gas de escape que se ha de tratar. Se ha proporcionado una tobera de combustión anular fuera del tubo de gases de escape, y se suministra una mezcla gaseosa de un combustible y aire a la tobera de combustión anular para formar una llama en el interior de la cámara de combustión, a fin de quemar los gases de escape recibidos desde la cámara de proceso y destruir los componentes peligrosos de los gases de escape. Esta forma de aparato de supresión se sitúa, generalmente, aguas abajo con respecto a un sistema de bombeo destinado a extraer los gases de escape de la cámara de proceso. Con el fin de evitar daños en el sistema de bombeo conforme los gases de escape pasan a su través, se suministra, típicamente, un gas de purga de nitrógeno a una o más lumbreras de purga del sistema de bombeo, para su purga con los gases de escape. Como resultado de ello, el gas recibido por el aparato de supresión también contiene, por lo común, una cantidad significativa de nitrógeno. El nitrógeno es seguro y no requiere ser suprimido. Con un aparato tal como el que se describe en el documento EP- A-0819887, los presentes solicitantes han encontrado que la eficiencia de destrucción y de eliminación (DRE destruction and removal efficiency) del hidrógeno es muy alta, a menudo por encima del 99,99%, en tanto que la DRE del amoniaco es altamente variable, dependiendo de los otros gases contenidos en el seno de los gases de escape que entran en el aparto de supresión. El amoniaco es altamente tóxico, con un valor límite de umbral, o TLV (threshold limit value), de 25 ppm [partes por millón], y los presentes solicitantes han encontrado que la cantidad de amoniaco de escape desde el aparato de supresión puede ser tan alta como 2.400 ppm, dependiendo de la química y las cantidades relativas de los gases contenidos en el seno del gas de escape. Otro tipo conocido de aparato de supresión se describe en el documento EP-A-0311317. Es un propósito de al menos la realización preferida de la presente invención tratar de proporcionar un método y un aparato para quemar amoniaco con una DRE consistentemente elevada, con independencia de los otros gases y de las cantidades relativas de los mismos, que estén presentes en los gases de escape que contienen el amoniaco. En un primer aspecto, la presente invención proporciona un método para quemar amoniaco, de tal modo que el método comprende las etapas de transportar un gas de escape que contiene cantidades variables de al menos amoniaco e hidrógeno, desde una cámara a una tobera de combustión conectada a una cámara de combustión, suministrar a la cámara un gas de combustión para formar una llama de combustión dentro de la cámara, y de 2 ES 2 368 000 T3 manera que el método se caracteriza por que comprende, también, añadir selectivamente hidrógeno al gas de escape, aguas arriba con respecto a la cámara de combustión, dependiendo de las cantidades relativas de amoniaco e hidrógeno de escape desde la cámara, de tal manera que, cuando el gas de escape contiene amoniaco, el gas que es quemado por la llama contiene al menos una cantidad predeterminada de hidrógeno. Los presentes solicitantes han encontrado que la eficiencia de destrucción y de eliminación (DRE) del amoniaco se ve significativamente mejorada cuando está presente una cantidad predeterminada de hidrógeno en los gases que se van a quemar por la llama. Si se añade selectivamente hidrógeno a los gases de escape, cuando los gases de escape contienen amoniaco pero no una cantidad suficiente de hidrógeno como para conseguir una elevada DRE del amoniaco, la DRE del amoniaco puede ser mantenida en un nivel o grado consistentemente alto. En una realización preferida, el hidrógeno es transportado hasta la tobera para su adición a los gases de escape, donde el hidrógeno es inyectado preferiblemente en la cámara de combustión desde una pluralidad de aberturas que se extienden alrededor de la tobera de combustión. La adición de hidrógeno a los gases de escape puede ser regulada temporalmente de acuerdo con el ciclo de suministro de gas a la cámara. Alternativamente, la cantidad de hidrógeno añadido a los gases de escape puede ajustarse en respuesta a la recepción de datos indicativos de una variación de la química de los gases de escape de la cámara. Los datos indicativos de la variación de la química de los gases de escape son suministrados por los útiles o instrumentos de proceso, por ejemplo, cuando los gases suministrados a la cámara no contienen suficiente hidrógeno como para conseguir una elevada DRE del amoniaco. Alternativamente, puede existir un sensor de gas situado en el interior de un sistema de conductos para transportar los gases de escape a la tobera, de tal modo que este sensor está configurado para suministrar los datos. Se añade, preferiblemente, hidrógeno a los gases de escape, de tal manera que la relación en volumen entre el hidrógeno y el amoniaco quemados por la llama es al menos 1:1. Los presentes solicitantes han encontrado que mezclas de hidrógeno, amoniaco y nitrógeno en proporciones aproximadas de 1:1:1 y 2:1:1, respectivamente, pueden ser quemadas por debajo del TLV del amoniaco utilizando tan solo una llama piloto de la cámara de combustión. La llama piloto se forma, típicamente, a partir de una mezcla de combustible y oxidante, por ejemplo, metano y aire, en una relación volumétrica de entre 1:8 y 1:12. En consecuencia, la cantidad de metano u otro combustible que se suministra a la cámara para formar la llama de combustión puede ser significativamente reducida, con lo que se reducen los costes de funcionamiento. En un segundo aspecto, la presente invención proporciona un aparato para quemar gases de escape, de tal manera que el aparato comprende una cámara de combustión, medios para suministrar a la cámara un gas de combustión para formar una llama de combustión dentro de la cámara, una tobera de combustión, conectada a la cámara de combustión, medios para transportar un gas de escape que contiene... [Seguir leyendo]

1.- Un método para quemar amoniaco, de tal modo que el método comprende las etapas de transportar un gas de escape que contiene cantidades variables de al menos amoniaco e hidrógeno, desde una cámara a una tobera de combustión conectada a una cámara de combustión, suministrar a la cámara de combustión un gas de combustión para formar una llama de combustión dentro de la cámara de combustión, y de manera que el método se caracteriza por que comprende, también, añadir selectivamente hidrógeno al gas de escape, aguas arriba con respecto a la cámara de combustión, dependiendo de las cantidades relativas de amoniaco e hidrógeno de escape desde la cámara, de tal manera que, cuando el gas de escape contiene amoniaco, el gas que es quemado por la llama contiene al menos una cantidad predeterminada de hidrógeno. 2.- Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual la cantidad de hidrógeno añadido al gas de escape se ajusta en respuesta a la recepción de datos indicativos de una variación en la química del gas de escape desde la cámara. 3.- Un método de acuerdo con la reivindicación 2, en el cual el gas de escape se expulsa desde una cámara de un útil o instrumento de proceso, de tal modo que los datos indicativos de la variación de la química del gas de escape son suministrados por el instrumento de proceso. 4.- Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual se añade hidrógeno al gas de escape de tal manera que la proporción en volumen entre hidrógeno y amoniaco quemados por la llama es menos 1:1. 5.- Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual el gas de combustión comprende una mezcla de un combustible y un oxidante. 6.- Un método de acuerdo con la reivindicación 5, en el cual el combustible comprende un hidrocarburo, preferiblemente metano. 7.- Un método de acuerdo con la reivindicación 5 o la reivindicación 6, en el cual el oxidante comprende aire. 8.- Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, en el cual la proporción en volumen entre combustible y oxidante en el seno del gas de combustión está comprendida entre 1:8 y 1:12. 9.- Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual el gas de combustión se suministra a la cámara de forma sustancialmente coaxial con el gas de escape. 10.- Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual el gas de escape comprende al menos uno de entre amoniaco, hidrógeno y nitrógeno. 11.- Un aparato para la combustión de gas de escape, de tal modo que el aparato comprende una cámara de combustión (36), medios (52, 54, 62) para suministrar a la cámara de combustión un gas de combustión para formar una llama de combustión dentro de la cámara de combustión (36), una tobera de combustión (34), conectada a la cámara de combustión, medios (38, 40) para transportar un gas de escape que contiene cantidades variables de al menos amoniaco e hidrógeno desde una cámara hasta la tobera, de manera que el aparato está caracterizado por que comprende medios (44) para añadir selectivamente hidrógeno al gas de escape dependiendo de las cantidades relativas de amoniaco e hidrógeno de escape procedentes de la cámara, de tal modo que los medios (44) de adición de hidrógeno están configurados para añadir hidrógeno al gas de escape aguas arriba con respecto a la cámara de combustión. 12.- Un aparato de acuerdo con la reivindicación 11, en el cual los medios de adición de hidrógeno (44) comprenden medios (76) para recibir datos indicativos de una variación de la química del gas de escape procedente de la cámara, y para ajustar la cantidad de hidrógeno añadida al gas de escape en respuesta a los mismos. 13.- Un aparato de acuerdo con la reivindicación 12, que comprende una entrada (32) de gas de escape, de tal manera que el gas de escape se expulsa de una cámara de un instrumento de proceso, así como un controlador (70) para recibir los datos indicativos de la variación de la química del gas de escape que está siendo suministrado por el instrumento de proceso. 14.- Un aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en el cual los medios de adición de hidrógeno están configurados para añadir hidrógeno al gas de escape de tal manera que la proporción en volumen entre el hidrógeno y el amoniaco quemados por la llama es al menos 1:1. 15.- Un aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, en el cual los medios de suministro de gas de combustión están configurados de tal manera que el gas de combustión comprende una mezcla de un combustible y un oxidante. 16.- Un aparato de acuerdo con la reivindicación 15, en el cual los medios de suministro de gas de combustión 6 están configurados de tal manera que el combustible comprende un hidrocarburo, preferiblemente metano. 17.- Un aparato de acuerdo con la reivindicación 15 o la reivindicación 16, en el cual los medios de suministro de gas de combustión están configurados de tal manera que el oxidante comprende aire. 18.- Un aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 15 a 17, en el cual los medios de suministro de 5 gas de combustión están configurados de tal manera que la proporción en volumen entre combustible y oxidante en el seno del gas de combustión está comprendida entre 1:8 y 1:12. ES 2 368 000 T3 19.- Un aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 18, en el cual los medios de suministro de gas de combustión están configurados para suministrar el gas de combustión a la cámara de forma sustancialmente coaxial con el gas de escape. 7 ES 2 368 000 T3 8 ES 2 368 000 T3 9 ES 2 368 000 T3 ES 2 368 000 T3 11