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王雷

[摘 要]彩膜工艺中曝光工序使用涂布机。涂布机主要采用真空干燥单元通过干泵抽真空干燥方式，将基板上光刻胶内的有机溶剂挥发抽干，达到有机物质在基板上形成固化状态。在对13条生产线使用的36台干泵在下游位置安装高效率冷凝器38台和自动排液系统13套以及相应管路，达到有机溶剂冷凝回收，以降低有机溶剂的消耗量，减少挥发性有机化合物的排放。

[关键词]节能；减排；再利用

中图分类号：G498 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）30-0094-02

1 绪论

根据《节能减排“十二五”规划》（国发〔2012〕40号）要求应加快淘汰落后产能，实施节能减排重点工程，改造提升传统产业。突出抓好工业、建筑、交通、公共机构等重点领域和重点用能单位节能，大幅提高能源利用效率。积极开展节能减排改造 ，实现减量化、再利用、资源化。深入实施节能减排科技专项行动，在产生挥发性有机化合物的生产环节，我们使用冷凝回收技术对彩膜分厂进有机溶剂回收、干泵节能利用改造，通过本项目的改造最终将实现有机溶剂等能源资源的高效利用。同时还能够有效地减少生产过程中挥发性有机化合物的排放量。以实现能源资的高效利 。

2 有机溶剂节能改造

彩膜分厂有13条曝光生产线，彩膜涂布机真空干燥单元通过干泵抽真空干燥方式，将基板上光刻胶内的有机溶剂挥发抽干。据统计，一张基板通过每道工序，消耗的有机溶剂（PGMEA）为66毫升，彩膜工艺共有6道工序，以120000片/月生产能力计算，全年消耗量有机溶剂约570.2立方米。有机溶剂回收率<1%，光刻胶中的有机溶剂全部通过有机废气管道直接排放到末端处理装置，造成后段处理能力超负荷运转处理效果降低超标排放风险增大。有机溶剂回收项目可以大大降低后段处理压力，有效消除超标排放的风险，并可回收有机液再循环使用，节约资源提高效益。实现有机物减排。

改造前，由于现有冷凝器冷凝效率差，几乎无法实现干泵排气端有机废气的冷却及有机溶剂的冷凝回收。因此，本项目主要通过技术改造实现回收目的。首先，扩大冷凝器面积提高冷凝效率；2，改造冷凝器的材料提高温度效能；3，加长冷凝水的流动长度、水量和冷热交换器结构措施提高冷凝效果；4，设备内部增设提高冷凝率的自动排液系统，将有机溶剂冷凝为液体更容易回收至下部的冷凝桶中。通过四种措施和冷凝方式，实现干泵排气端有机废气的冷却及有机溶剂的冷凝回收，冷凝回收的液体可以供涂布机单元橡胶擦板清洗之用，从而实现减少挥发性有机化合物的排放，降低有机溶剂的消耗，提高有机溶剂使用率，节省成本的目的。预计有机溶剂回收率>50%。通过对某工序计算一张基板回收有机溶剂约35毫升，回收比例在50%以上。高效率冷凝器内外部结构图如图1所示：

有机溶剂回收管路图如图2所示：

如上图所示，虚线部分为此次设备改造部分，将冷凝回收的液体收集至回收桶，通过气体打压，将液体供至设备端，循环使用。

在保留现有冷凝器的基础上，在下游加装高效率冷凝器，气流方向沿气体管道流向冷凝桶1再沿着连接冷凝桶1的管道继续流向冷凝桶2循环一周排出气体管道。气流在冷凝器内有弯转下降，可提高有机溶剂的回收率。冷水供给3/8英寸管径，共1组。下部为冷凝桶，凝结回收液体直接低落至冷凝桶，到达一定量后，排放至回收桶。冷凝器有机溶剂回收管路图如图3所示，通过真空打压方式，将液体供至涂覆机使用，期间若回收液体不足，涂覆机有机溶剂供给源头将切换至动力供应端。冷凝器有机溶剂回收率约60%。

根据改造需要，有机溶剂回收子项目需购置设备51台（套），其中，冷凝器38台，自动排液系统13套。彩膜分厂有13条曝光产线，共36台干泵。改造前，有机溶剂回收率<1%，光刻胶中的有机溶剂全部通过有机废气形式排放。

该项目改造实施完成后，冷凝器可回收约35毫升有机溶剂，有机溶剂回收率约53.0%，预计有机溶剂年回收量=35毫升×6道×120000片/月×12月=302.4立方米，全年减少挥发性有机化合物排放量15.12吨。有机溶剂回收项目实施前后年有机溶剂消耗量对比：

彩膜分廠设备实施前有机溶剂消耗量是570.2立方米，设备改造实施后为267.8立方米，计算全年节约量为302.4立方米，实施前与实施后回收比例为53%

通过本项目的实施，可实现超纯水和有机溶剂的循环利用，全年减少挥发性有机化合物的排放量15.12吨，二氧化碳间接排放量6209.84吨。项目减排量如下（全年）：

有机溶剂节约量302.4立方米，排放挥发性有机化合物的比例为5%，挥发性有机化合物计算得减排量为15.12吨。

该项目实施后，按照有机溶剂价格约为16.4元/升，若采用回收液代替有机溶剂，每年可节约资金495.9万元，投资回收期为3.3年，具有良好的经济效益和实现国家倡导的绿色循环减排活动。

3.干泵节能改造

再改造有机溶剂项目中，有一项与该项目实现节约减排有直接关联的设备即排气使用的干泵，干泵的技术改进成功与否是关键的一环，有机溶剂项目改造成功50%在干泵的成功。上文说道涂布机主要采用真空干燥单元通过干泵抽真空干燥方式，将基板上光刻胶内的有机溶剂挥发抽干，抽出去的有机溶剂气体通过后续采取提高冷凝效率技术，实现回收利用减排目的。所以，如何提高干泵的效率实现最终目标是必需的手段。

在干泵技术改造中我们采取比较成熟的技术即能源节约装置是利用文丘里原理降低干泵尾端与排风端之间的压力差。文丘里原理为当气体（液体）在文丘里管里面流动，在管道的最窄处，动态压力（速度头）达到最大值，静态压力（静息压力）达到最小值。气体（液体）的速度因为涌流横截面积变化的关系而上升。整个涌流都要在同一时间内经历管道缩小过程，因而压力也在同一时间减小。进而产生压力差，这个压力差用于测量或者给流体提供一个外在吸力。基于降低干泵在不大量抽气时消耗的电量，并结合业内成熟案例，干泵节能改造子项目拟在阵列分厂的等离子体化学气相沉积科室及干刻科室的干泵排气尾端加装能源节约装置，外部会对此装置充大约200Torr的压缩空气，在其内部形成一个200Torr压力的真空环境，当设备抽气的时候，气体直接从该管路的两侧排放，当设备不大量抽气的时候，气体会沿着该设备内部的文丘里管路进行排气。这样可以降低干泵尾端到一般排风端的负载，从而降低干泵的功率，达到降低电能消耗的目的。

根据能耗分析可知：改造前每台干泵运行时的平均功率为26.98千瓦时，按每天运行24小时，一年运行365天计算，年耗电量为2268.91万千瓦时，占整个工厂总电耗的2.8%，电能消耗量较大。改造后平均功率由安装前的26.98千瓦降低到10.51千瓦，平均消耗电能由安装前的12.99千瓦时降低到11.64千瓦时，节省了1.35千瓦时/小时电能，电能节约10.3%。

通过对有机溶剂的回收和干泵的技术改造，完整的实现了降低整体能耗的目标，达到了科学、高效、创新、绿色的要求。

4.总结

（一）项目有利于环境保护和资源节约

当今社会，环境污染和能源危机己成为威胁人类生存的头等大事，解决这一问题是全人类的共同课题。在这样的大背景下，以能源资源高效利用为主要特征的节能技术改造项目应运而生。本项目建设可节约有机溶剂的消耗量，减少挥发性有机化合物的排放量。不仅符合国家及北京市相关的节能减排政策，也符合人民群众的根本利益。

（二）项目有利于可持续发展

按照《节能减排“十二五”规划》要求，积极开展能源资源综合利用，大幅提高能源利用效率，实施节能减排重点工程，实现减量化、再利用、资源化。充分认识节能减排的极端重要性和紧迫性，增强忧患意识和危机意识，抓住机遇，大力推进节能减排，促进经济社会发展与资源环境相协调，切实增强可持续发展能力，具有显著的社会效益。

（三）项目有利于周边环境质量的改善

实施数字电视产业园能源资源高效利用提升项目，可实现有机溶剂的消耗量，减少挥发性有机化合物、氮氧化物、二氧化硫、烟尘等有害气体排放，以及二氧化碳温室气体排放。因此本项目可以最大限度地减少环境污染，是治理北京市大气污染、还首都一片蓝天的客观需要，有利于周边环境质量的改善，具有良好的环境效益和显著的社会效益。