CN113874096A - 用于从气体混合物去除氨的方法和系统 - Google Patents

用于从气体混合物去除氨的方法和系统 Download PDF

Info

Publication number
CN113874096A
CN113874096A CN202080038481.9A CN202080038481A CN113874096A CN 113874096 A CN113874096 A CN 113874096A CN 202080038481 A CN202080038481 A CN 202080038481A CN 113874096 A CN113874096 A CN 113874096A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ammonia
gas mixture
solid adsorbent
vapor
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202080038481.9A
Other languages
English (en)
Inventor
C·H·阿普尔加思
R·D·吉普森
S·沃格特
J·T·库克
M·布朗宁
M·霍尔茨纳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Entegris Inc
Original Assignee
Entegris Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Entegris Inc filed Critical Entegris Inc
Publication of CN113874096A publication Critical patent/CN113874096A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/0407—Constructional details of adsorbing systems
    • B01D53/0438—Cooling or heating systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D45/00—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces
    • B01D45/12—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D50/00—Combinations of methods or devices for separating particles from gases or vapours
    • B01D50/20—Combinations of devices covered by groups B01D45/00 and B01D46/00
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/0407—Constructional details of adsorbing systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/0462—Temperature swing adsorption
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
    • C01C1/00—Ammonia; Compounds thereof
    • C01C1/02—Preparation, purification or separation of ammonia
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/10—Inorganic adsorbents
    • B01D2253/102—Carbon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/10—Inorganic adsorbents
    • B01D2253/106—Silica or silicates
    • B01D2253/108—Zeolites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/10—Nitrogen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/16—Hydrogen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/40—Nitrogen compounds
    • B01D2257/406—Ammonia
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/70—Organic compounds not provided for in groups B01D2257/00 - B01D2257/602
    • B01D2257/706—Organometallic compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/02—Other waste gases
    • B01D2258/0216—Other waste gases from CVD treatment or semi-conductor manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/40001—Methods relating to additional, e.g. intermediate, treatment of process gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/40083—Regeneration of adsorbents in processes other than pressure or temperature swing adsorption
    • B01D2259/40088—Regeneration of adsorbents in processes other than pressure or temperature swing adsorption by heating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/401—Further details for adsorption processes and devices using a single bed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/402—Further details for adsorption processes and devices using two beds

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)

Abstract

描述适用于在环境压力范围内的压力下通过使氨吸附到固体吸附剂上从气体混合物去除气态氨的方法、装置和系统，以及相关的系统和方法。

Description

用于从气体混合物去除氨的方法和系统
相关申请的交叉引用
本申请根据35 USC 119要求2019年5月24日申请的美国临时专利申请第62/852,478号的权益，所述申请的公开内容出于所有目的在此以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及适用于在环境压力范围内的压力下通过允许氨吸附到固体吸附剂上从气体混合物去除气态氨的方法、装置和系统。
背景技术
在化学处理(processing)行业中，氨用作各种类型的处理和制造步骤的原料。其作为各种处理的副产物产生且可包含于化学处理的流出或排出气流中。
在半导体制造中，氨为有用的原料或可为处理副产物。在特定实例中，氨与有机金属化合物一起用于制备用作发光装置(LED)的氮化物材料(例如，氮化镓结晶)。工艺的重要和高成本特征为通过外延沉积的活性半导体层的生长，所述外延沉积由金属有机化学蒸气沉积(MOCVD)执行。MOCVD的步骤也与氮源(例如氨)组合而从挥发性金属有机前体(例如三甲基镓)产生金属氮化物化合物(例如氮化铟镓(InGaN))。对这一工艺，在相对缓慢的氮化物结晶生长工艺期间，氨需要处于相对高流动速率。氨气中的即使微量的杂质也可产生并入到所沉积的结晶中的大量非所需原子。为减少杂质，使用氨进行当前最新技术LED，氨通常经受纯化的多个阶段，例如以含有不超过十亿分之一(ppb)的水分或氧气。
遗憾的是，在MOCVD工艺中并未高效使用氨。工艺需要极大体积的高纯度氨作为原料，未反应的大量所述高纯度氨通过处理步骤以变为工艺排出气流的部分。所述排出气流为经过加热的气体混合物，其含有大量氨、例如三甲基镓前体的含金属前体(有机金属蒸气)、例如氢(H2)和氮(N2)的非有机金属蒸气和例如有机金属粒子的可能粒子。排出气体混合物将在高温(例如300、400或500摄氏度的温度)下和环境流动压下从MOCVD工艺流动。
理想地，为减少成本和废料，可收集和重复使用这一类型的经过加热的排出气体混合物中所含有的氨。然而，首先必须将氨从气体混合物分离出来，其也可涉及降低废气的温度且从气体混合物去除有机金属蒸气和任何粒子残渣。
包含半导体行业的化学处理行业不断搜寻用于从气体混合物去除氨的新颖和改进的方法。气体混合物可源自任何来源，包含但不限于LED制造工艺的废气。
特别考虑常见LED制造工艺，其依赖于高体积氨(以及氢和氮)的使用，氨为相对昂贵的气体且具有相对高的处置(disposal)成本。因此，来自LED反应器的废气的氨的回收利用将具有多个好处。就使用氨来说，LED制造工艺效率低下，且仅使用添加到工艺中的氨的一小部分。进入工艺中的氨的一大部分流经到排出气流。当前，氨的处置通过将排出气流的氨溶解到水中以形成氢氧化铵或使用稀释酸性水溶液执行氨的基本中和来执行。随后，将任一方法的所得溶液冲洗到下水道系统中。通常按加仑计向顾客收取处置费用。视LED照明为绿色技术。出于这些一般和特定的原因，与氨处置的当前实施方法相比，用于处置(handling)LED制造的废料流中的氨的优选工艺将为所希望的改进。
发明内容
本发明涉及适用于在环境压力范围内的压力下通过允许氨吸附到固体吸附剂上从气体混合物去除气态氨的方法、装置和系统。
气体混合物可为在商业工艺中使用的任何气体混合物且可包含与非氨蒸气、粒子残渣(例如包含微粒子、亚微米粒子、纳米粒子等的悬浮微粒子的材料)或两者组合的氨。气体混合物可源于或设计用于商业化学工艺。
作为一个实例，可通过本说明书的方法处理的某些气体混合物呈经过加热的排出气流形式，所述经过加热的排出气流通过将氮化物沉积到半导体或微电子衬底上的工业工艺产生，例如通过用于制备LED的氮化镓(GaN)的化学沉积产生。然而，尽管以下描述强调本发明方法、装置和系统的这一特定示范性使用，但本发明方法、装置和系统将有效地从用于或源于其它商业工艺的各种其它类型的气体混合物去除氨。
在一个方面中，公开一种从含有气态氨的气体混合物去除氨的方法。方法包含在环境流动压下将气体混合物输送到含有固体吸附剂的器皿，和在环境流动压下使气体混合物与固体吸附剂接触以使得氨吸附到固体吸附剂上。
在另一方面中，公开一种处理(treating)含有氨、非氨蒸气、有机金属蒸气和固体粒子的气体混合物的方法。方法包含通过使气体混合物通过热交换器来冷却气体混合物以产生经过冷却的气体混合物；使经过冷却的气体混合物通过粒子过滤器以去除固体粒子；使经过冷却的气体混合物通过第一固体吸附剂以将有机金属蒸气吸附到固体吸附剂上；和使经过冷却的气体混合物与第二固体吸附剂接触以使得氨吸附到固体吸附剂上。
在又另一方面中，公开一种用于处理含有有机金属蒸气、粒子和非有机金属蒸气的气体混合物的系统。系统包含：热交换器，其适于降低气体混合物的温度；粒子过滤器，其能够从气体混合物去除固体粒子；有机金属蒸气去除过滤器，其能够从气体混合物去除有机金属蒸气；和器皿，其含有能够在包含环境流动压和氨吸附温度的条件下通过将氨蒸气吸附到固体吸附剂上从气体混合物去除氨蒸气的固体吸附剂，其中热交换器、粒子过滤器、有机金属蒸气去除过滤器和器皿彼此流体连通。
附图说明
结合附图，考虑到各种说明性实施例的以下描述，可较完全地理解本公开。
图1A、1B和1C展示使用固体吸附剂以从气体混合物去除氨蒸气的如所描述的装置和相关方法步骤的实例。
图2A、2B和2C展示所描述的装置的实施例。
图3展示用于从气体混合物去除氨蒸气的如所描述的系统或一组装置或方法步骤的实例。
图4展示如所描述的系统的实例组件。
图5展示可用于如所描述的系统或方法的热交换器的实例。
图6A和6B展示可用于如所描述的系统或方法的实例粒子过滤器。
图7A展示可用于如所描述的系统或方法的有机金属蒸气去除过滤器的实例。
图7B展示可用于如所描述的系统或方法的有机金属蒸气去除过滤器和任选的粒子过滤器的实例。
所有图为示范性的、示意性的，且不必按比例绘制。
具体实施方式
以下为适用于通过在环境压力范围内的压力下将气体混合物中的气态氨吸附到固体吸附剂上从气体混合物去除氨的方法、系统、装置和装置的组合的描述。方法、系统和装置适用于从气体混合物去除氨，例如以允许收集、纯化和重复使用氨。可与用于处理气体混合物的一系列步骤的其它步骤组合来执行从气体混合物去除氨的实例方法。其它步骤可包含冷却步骤、从气体混合物去除粒子(例如，微粒子)的步骤和从气体混合物(例如有机金属蒸气)去除一或多种其它类型的蒸气的步骤中的一或多个。
气体混合物可为一种有用于或源于涉及作为气体混合物的部分(例如，作为原料或作为流出物)的氨蒸气的任何化学工艺的气体混合物。在气态(蒸气)形式中，气体混合物可含有超过非显著量的氨，例如至少百分之15、20、30或40(体积)的氨。气体混合物也含有非氨蒸气、固体粒子(例如，微粒子、亚微米大小的粒子等)或两者。
气体混合物中的非氨蒸气可为由于存在于上游或前述工艺步骤例如作为反应物、反应产物、处理助剂或以便执行任何其它化学或物理功能而在气体混合物中含有的任何蒸气。非氨蒸气的实例可包含存在于工业化学工艺中的常见蒸气，例如氮蒸气(N2)、氢蒸气(H2)、水蒸气(H2O)、氧气(O2)或二氧化碳(CO2)。
在本说明书中，术语“气态”和“蒸气”以与这些术语在化学处理技术中的使用一致的方式使用，且是指在气体(相对于固体或液体)的状态中以分子形式存在的化学材料，例如，氨蒸气为以气体的形式(例如作为气体混合物的组分)存在的分子氨。有机金属蒸气为以分子形式存在于气体混合物中的有机金属化合物。
气体混合物也可含有非蒸气材料，例如大于蒸气的分子的悬浮固体粒子。实例粒子可大于10微米。其它粒子可为具有10微米以下的粒子大小的称作“微粒子”的固体粒子，其它粒子也包含亚微米大小的粒子，例如，具有1微米以下(包含0.5微米以下和低到约0.1微米)的大小的粒子。这些类型的粒子可源于化学工艺的反应物或反应产物的黏聚，源于水分或氧气的侵入或源于与输送或控制化学工艺或化学工艺环境有关的设备或其它固体材料。可在气体混合物中含有的粒子的实例包含由如本文关于有机金属蒸气或含金属的氢氧化物或氧化副产物所描述的有机金属化合物构成的有机金属微粒子。
在氨蒸气吸附到固体吸附剂上期间，气体混合物和固体吸附剂各自独立地处于允许将氨蒸气有效和高效吸附到吸附剂上的温度下。气体混合物和固体吸附剂各自独立地处于氨吸附温度下，所述氨吸附温度为当接触固体吸附剂时在气体混合物的环境流动压条件下氨以允许从气体混合物高效和有效去除氨的量吸附到固体吸附剂上的温度。为使气体混合物、吸附剂或两者的温度足够低以引起气体混合物上的氨的有效吸附从而在环境流动压下吸附到固体吸附剂上，可例如通过制冷和冷却元件来冷却气体混合物、固体吸附剂或两者，所述冷却元件接触固体吸附剂、气体混合物或两者或接触容器、器皿或固体吸附剂或气体混合物的流动结构以从固体吸附剂或气体混合物去除热量。优选地，氨吸附温度不是还允许或使得非氨蒸气(例如，氢气、氧气、氮气或其类似物)吸附到固体吸附剂上的温度。有用氨吸附温度的非限制性实例可为0摄氏度以下，例如，-40到0摄氏度，例如，-30到-25摄氏度。较低温度也可有用。
此外，在氨蒸气吸附到固体吸附剂上期间，将气体混合物引入到固体吸附剂，且气体混合物处于环境流动压下。使气体混合物与固体吸附剂接触的步骤应以允许将氨蒸气大量吸附到固体吸附剂上的方式进行，也就是说，存在于气体流中的氨蒸气的量的许多或大部分的高效去除。气体混合物的有用压力可为一种对于高效地移动经由或来自工业化学工艺(例如，作为排出气流的部分或源于排出气流)的气态流体的连续流常见或典型且认为未加压(意味着处于约环境压力条件下)的压力。流动可为一种认为是由例如通过真空或叶轮(例如，风扇)产生的机械力驱动的气态流体的“强制”流动但不通过由压缩机或降低的温度所产生的压力驱动或经受由压缩机或降低的温度所产生的压力的流动。通常用于这些未加压或“环境”压力工业气体流动工艺的压力可低于2个大气压(表压)，例如，低于1.5或1.3个大气压(表压)，且在本文中称作“环境流动压”。
用于使气体混合物与固体吸附剂接触的处理条件可有效地从气体流高效地去除大量氨蒸气。举例来说，从气体混合物例如以气体混合物流的形式(例如，通过使气体混合物流通过如图1中所展示的固体吸附剂床)去除的一定量的氨蒸气可为原先存在于气体流中的氨的至少百分之50、60、70、80或90。
根据本说明书的实例方法，气体混合物的连续流可例如经由固体吸附剂粒子集合或“床”来越过固体吸附剂，以允许从气体混合物流去除氨的连续工艺。气体混合物含有氨、非氨蒸气和任选的粒子，且在条件下越过吸附剂粒子集合以使得或允许通过固体吸附剂吸附氨。吸附剂将去除大量氨，而气体混合物中的其它(非氨)气体和粒子大体上或全部通过吸附剂集合而不需通过粒子吸附。举例来说，通过吸附剂粒子从气体混合物流去除不超过少量的非氨气体或粒子，例如，可从通过吸附剂粒子集合的气体混合物流去除少于百分之5、2或1的非氨气体(通过粒子计数)。
在将氨吸附到固体吸附剂上的步骤之后，且在氨的有用或所希望的量已吸附到一定量的固体吸附剂上之后，可通过加热固体吸附剂从固体吸附剂去除所吸附的氨以将所吸附的氨释放为脱附的气态氨。通过脱附从固体吸附剂去除所吸附的氨的这一工艺可称为“脱附步骤”。在氨蒸气吸附到固体吸附剂上期间，气体混合物和固体吸附剂各自独立地处于允许将氨蒸气有效和高效吸附到吸附剂上的温度下。为从固体吸附剂去除所吸附的氨，将含有所吸附的氨的固体吸附剂加热到脱附温度，其为使得所吸附的氨脱附的温度，因此氨可从固体吸附剂流动且经收集。为使得固体吸附剂和所吸附的氨的温度达到脱附温度，可例如通过接触固体吸附剂、气体混合物或两者的加热元件来加热含有所吸附的氨的固体吸附剂。可替代地或另外，可通过接触含有固体吸附剂的容器或器皿的加热元件，或通过流过和接触固体吸附剂的经过加热的气体的使用，或通过用于加热含有所吸附的氨的固体吸附剂的任何其它有效模式或技术来加热固体吸附剂。
有用脱附温度的非限制性实例可为至少20、30、40或50摄氏度，例如，10到100摄氏度，包含10到60摄氏度。例如大于约100摄氏度的过高的温度有使氨或吸附剂降解的风险。
如所描述的方法使用固体吸附剂以吸附氨蒸气且从气体混合物去除氨蒸气，特定来说在环境流动压的条件下从呈不断流动气体混合物的形式的气体混合物去除氨蒸气。固体吸附剂可为适用于尤其在环境流动压下有效地和高效地从气体混合物去除氨蒸气的任一固体吸附剂。
固体吸附剂为大体上颗粒状(例如，呈粒子形式)、多孔且粒子由有效地吸附杂质(例如有机金属化合物)的材料构成的材料。各种类型的固体吸附剂材料为已知的且可商购。一些实例包含：阳离子交换树脂、阴离子交换树脂、氧化铝、硅石、沸石、金属氧化物、盐、活性碳(天然和合成)、化学涂布碳、化学涂布聚合物和金属有机框架，其中任一种可以多孔粒子的形式提供。这些或其它过滤介质中的任一种也可包含化学处理，例如，涂布或浸渍，所述化学处理将改进过滤介质的吸附特性，例如，以改进一或多个一般或特定类型的有机金属蒸气的吸附。
有用固体吸附剂的实例为活性碳，其一般称为具有主要由碳原子构成的复杂结构的高多孔吸附材料。活性碳可呈颗粒状粒子形式，其包含存在于碳原子的无序层的刚性基质内的孔隙的网络，所述碳原子通过化学键键联在一起，不均匀地堆叠，从而在碳层之间产生凹处、缝隙、开裂和裂缝的高多孔结构。不同种类的活性碳包含颗粒状活性碳、粉末状活性碳和成形碳。
一种类型的沸石有时描述为碱或碱土元素的微孔结晶铝硅酸盐，其表示为：
Mx/n[(AlO2)x(SiO2)y]z·nH2O
其中x和y为具有等于或大于1的y/x的整数，n为阳离子M的化合价且z为每一单位晶胞中的水分子的数量。
固体吸附剂可通过表面积表征。用于如所描述的方法的有用或优选的固体吸附剂材料可具有在100到1500平方米/克(m2/g)的范围内的表面积。有用或优选的表面可基于吸附剂的类型而不同。举例来说，用于活性碳吸附剂的表面积可优选地在1000到1500(例如，1200到1300)平方米/克的范围内。沸石吸附剂的表面积可在100到200平方米/克的范围内。固体吸附剂的表面积可通过已知技术测量，例如通过BET氮吸附技术测量。
有用吸附剂可具有也适用的孔隙大小和孔隙体积的特性，举例来说，平均孔隙大小低于150埃，例如低于100、50、15或低于10埃，例如，3到8埃。
参考图1A、1B和1C，展示用于从气体混合物流20去除氨蒸气的连续或半连续方法的实例。这些图展示氨分离系统10，其用于通过将来自气体混合物流20的氨吸附到吸附剂床12的固体吸附剂上而从气体混合物流20去除氨。图1A、1B和1C用作本说明书的部分以说明用于从气体混合物流去除氨的连续或半连续工艺的某些示范性处理步骤，其可为连续流或半连续流。示范性系统10和这些所描述的步骤为非限制性实例，且步骤的其它结构和顺序在使用固体吸附剂在环境流动压条件下从气体混合物去除氨的一般所描述的工艺中也将有效。举例来说，如所说明，仅展示一个单个器皿18。然而，本说明书的方法可并行使用两个或更多个这些器皿以允许气体混合物20的连续流的连续处理。气体混合物20可在吸附步骤期间流经第一器皿18且可(与第一器皿并行地)流经第二器皿18，同时在第一器皿上执行脱附步骤。
气体混合物20可为任何气体混合物，其包含作为源于产生用于制造发光装置(LED)的氮化镓的方法的排出气体的如本文中所描述的气体混合物。气体混合物20可先前已通过冷却步骤、粒子去除步骤和去除有机金属蒸气的步骤中的一或多个进行处理(参见下文)。
示范性器皿18包含入口14、出口16、入口阀门30、出口阀门32、在入口14与出口16之间的含有固体吸附剂的床12的封闭内部体积和用于冷却或加热进入的气体混合物20、床12、器皿18或这些的任何组合的一或多个冷却或加热元件24A和24B。阀门32可选择性地打开或闭合以控制气体混合物20流经出口16。阀门30可选择性地打开或闭合以控制气体混合物20流进入口14。
如所说明，元件24A与24B分别与气体混合物20和床12直接接触，但这并非必需的且可使用其它布置。可将替代性加热或冷却元件置放于系统10的任何有效位置处，例如通过建置到器皿18(在侧壁处)中或通过围绕器皿18(例如，作为加热或冷却毯)。另外地或可替代地，冷却元件24A可设置于阀门30的上游。
图1A展示可称作氨“吸附”步骤的步骤。在这一步骤中，阀门30和32打开且进入的气体混合物20的稳定流动(例如，连续但暂时，在吸附步骤中持续)通过入口14，进入器皿18的内部且与床12的固体吸附剂接触。
当气体混合物20通过入口阀门30，通过器皿18的内部时，且也当通过穿过出口16离开器皿18时，气体混合物20和器皿18的内部处于环境流动压(例如，在2.0或1.5个大气压(表压)以下)下。
当通过入口14进入器皿18时，气体混合物20可具有源于上游化学处理或制造步骤的温度或可相对于上游步骤的温度经过冷却。在由系统10处理之前，例如，在通过元件24A冷却之前，在通过入口14之前或两者，气体混合物20的温度的实例可在0到60摄氏度的范围内，例如，5到30摄氏度或10到50摄氏度的范围内。因此，气体混合物20、床12、器皿18或这些的组合的温度可需要经过降低或控制且保持在用于吸附步骤的氨吸附温度下。这些冷却可通过降低气体混合物20、床12和器皿18中的一或多个的温度来执行。如所说明，借助于实例，这可使用冷却元件24A、24B或两者来执行。用于冷却气体混合物20、床12或器皿18的替代方法也可为有用的。
作为系统10的部分，在吸附步骤期间，器皿18、床12和气体混合物20保持在氨吸附温度下，所述氨吸附温度可为低于0摄氏度，例如在-40到0摄氏度的范围内，例如-35到-5摄氏度或-30到-20摄氏度。
在所描述的温度和压力条件下，气体混合物20通过床12的固体吸附剂以使得或允许气体混合物20中的大量氨(例如，至少百分之80、90或95(按体积计))由固体吸附剂吸附。随后，具有经过去除的氨的气体混合物(22)通过打开的阀门32和出口16。
图1A的吸附步骤可为包含吸附步骤的半连续方法的步骤，在所述吸附步骤期间，将来自气体混合物流的氨吸附到固体吸附剂上，且可后接脱附步骤，在脱附步骤期间，停止气体混合物流且从固体吸附剂脱附所吸附的氨。吸附步骤可执行足以允许所希望量的氨吸附到床12的吸附介质上的一段时间。
在包含将所希望量的氨吸附到固体吸附剂上的图1A的吸附步骤之后，可进行脱附步骤以从固体吸附剂去除所吸附的氨，例如，如在图1B中所示范。在脱附步骤中，加热(例如，通过元件24B)器皿18、床12(含有吸附到固体吸附剂上的氨)或两者，以将床12升高到脱附温度。这可在阀门30和32处于闭合位置时完成，以防止流经入口14和出口16。随着阀门闭合且床12的温度升高到脱附温度，气态氨在器皿18的封闭内部内积聚，以增大压力。
脱附步骤执行一段时间且在条件下执行，所述条件允许脱附且从固体吸附剂去除至少大量的所吸附的氨，例如，从固体吸附剂去除所吸附的氨的至少50、60、70、80、90或95重量百分比。在脱附期间，使器皿温度达到脱附温度(例如，在10到100摄氏度的范围内，包含10到60摄氏度)，且所吸附的氨从固体吸附剂脱附且在器皿18的内部内进入气相。在脱附温度下，在闭合器皿中，脱附的氨的压力可大于大气压力，例如，可达到在1到3个大气压(表压)，例如，1.5到2.5个大气压的范围内的压力。
如图1C中所展示，在脱附步骤期间或在脱附步骤之后，脱附的氨可经由出口16和打开的阀门32从器皿18去除。脱附温度(10到100摄氏度，包含10到60摄氏度，例如，在20、25、或30摄氏度下)下的脱附的氨在环境温度下优选地处于高于环境压力的压力下，例如，在至少1.5个大气压(表压)的压力下，例如，在20、25或30摄氏度的温度下在1.5到3个大气压(表压)的范围内。在环境温度下高于1个大气压(表压)的压力可为有利的，因为高压允许在维持高压的同时将经过回收的氨移动到压载或储存槽。
图1A、1B和1C的包含器皿18的氨分离系统10为示范性的。本发明的工艺可包含氨分离系统的其它实例，所述氨分离系统包含在布置成执行如所描述的氨分离(吸附和脱附)的器皿中的固体吸附剂。有用氨分离系统的另一实例展示于图2A处。此处，氨分离系统10展示为包含图1A、1B和1C的系统10的特征，不具有冷却和加热元件24A和24B，但具有冷却或加热套管34，具有输入开口36、内部空间38和输出开口40。在使用中，器皿18的内部和其内含物可通过使加热或冷却流体(例如，液体或气体)通过内部空间38来加热或冷却到所希望的吸附或脱附温度。
氨分离系统的另一实例说明于图2B处。系统50包含器皿52、入口14、出口16、入口阀门30、出口阀门32、在入口14与出口16之间的封闭内部体积和具有内部62的套管60，冷却或加热流体的流动可通过所述内部62以控制(升高或降低)内部体积和其内含物的温度，以将器皿和内含物选择性地置于吸附温度或脱附温度下。内部含有固体吸附剂的床58、任选的筛网56和散热片54。吸附剂58为如所描述的固体吸附剂。
通过这一设计，如箭头所展示，气体混合物20流动到器皿的内部中且在散热片54与器皿52的内壁之间的空间中接触且绕开散热片54的侧面。液态或气态流体可通过冷却套管60的内部62，例如将器皿的内含物的温度控制在吸附温度下或脱附温度下。这一设计可特定地允许通过散热片54和套管60的使用来去除在分离工艺的吸附步骤期间在氨与吸附剂58之间产生的热量。散热片54可由铝或具有高导热性的另一金属制成，以将热能从吸附剂58转移出去。散热片54可包含多个串联置放的散热片件(例如，形状为“冷却圆片”)以有效地控制(尤其是冷却)通过器皿内部的气体混合物20的温度。在吸附步骤期间，器皿52和其内含物的冷却(例如，冷却到0到-40摄氏度的温度)可通过使用制冷剂和制冷系统通过套管60去除热量来提供。
氨分离系统的再一个实例说明于图2C处。系统100包含环形器皿110、入口14、出口16、入口阀门30、出口阀门32、在入口14与出口16之间的环形内部体积124和具有内部132的套管130，冷却或加热流体的流动可通过所述内部132以控制(升高或降低)内部体积和其内含物的温度，以将器皿和内含物选择性地置于吸附温度或脱附温度下。由内侧壁120和外侧壁122限定的环形器皿内部124含有固体吸附剂床112，所述固体吸附剂床112具有从内侧壁和外侧壁横向延伸的挡板114。套管130封闭环形器皿110，其中套管内部132存在以使内侧壁120和外侧壁122两者接触。器皿内部124处的挡板114可有效地将气体混合物流20重新引导到床112，以允许增加在内部124内的气体混合物20的循环，和在气体混合物20与内侧壁120和外侧壁122之间的更均匀接触和热交换。
通过将氨蒸气吸附到固体吸附剂上从气体混合物去除氨的如所描述的处理气体混合物的步骤可为处理含有氨和其它蒸气和非蒸气材料的气体混合物例如以回收和重复使用氨的较大工艺的部分。举例来说，图3说明用于处理来自用于制备发光装置的工艺的热排出气体以回收氨的多步骤工艺。
如图3中所展示，本发明方法可用于通过降低气体混合物的温度、从气体混合物去除有机金属蒸气、从气体混合物去除粒子和从气体混合物分离氨来处理经过加热的气体混合物(例如，“废气”)的多阶段系统和方法的所说明的实例中。
如所说明，工艺202为产生气体混合物200的工业工艺，所述气体混合物包含作为经过加热的排出气体流(气流)的氨蒸气。工艺202可为生产含有氨的气体混合物的任何商业工艺，且，在本说明书的具体实施例中可为生产发光装置(LED)的工艺。已知这一类型的工艺需要极大体积的高纯度气体作为原材料，所述高纯度气体包含氨、双原子氮气和双原子氢气。工艺包含通过外延沉积产生活性半导体层，所述外延沉积通过金属有机化学蒸气沉积(MOCVD)执行。MOCVD的步骤也与氮源(例如氨)组合而从挥发性金属有机前体(例如三甲基镓)产生金属氮化物化合物(例如氮化铟镓(InGaN))。多层LED结构沉积在衬底上，所述衬底通常为蓝宝石。
需要极高纯度原材料以用于进行这一类型的LED制造工艺。这些原材料中的一种为氨，不幸的是，氨在MOCVD工艺中并未有效地使用且大量存在于由工艺产生的排出气流中。所述排出气流为经过加热的气体混合物，其含有大量氨、例如三甲基镓前体的含金属前体(有机金属蒸气)、例如氢(H2)和氮(N2)的非有机金属蒸气和例如有机金属粒子的可能固体粒子。从用于生产LED结构的金属氮化物化合物的金属有机化学蒸气沉积步骤作为排出气体产生的这一类型的气体混合物的实例可具有如下量的氨蒸气、氢蒸气和氮蒸气：15到40体积百分比的氨蒸气、0到60体积百分比的氢蒸气和0到70体积百分比的氮蒸气；例如，15到35体积百分比的氨蒸气、5到50体积百分比的氢蒸气和5到60体积百分比的氮蒸气。气体混合物也将含有一定量的有机金属蒸气(例如，三甲基镓)和一定量的固体粒子(例如，微粒子、亚微米粒子或其类似物)。废气将在高温下从MOCVD工艺流动，其将取决于例如距反应器的距离和废气是否已由冷却步骤处理以降低温度的因素。离开反应器的废气的温度可接近反应器的温度，其可高达500摄氏度。在离开反应器之后，在由本说明书的装置或系统处理之前，温度可通过冷却步骤下降或降低但可保持在高于50、60、70或80摄氏度的高温和环境流动压下。
理想地，为减少成本和废料，可收集和重复使用这一类型的经过加热的排出气体混合物中所含有的氨。这需要将氨气与气体流的任何非氨材料分离，所述非氨材料是例如有机金属蒸气、氮蒸气、氢蒸气和任何粒子残渣。因此，作为用于从气体混合物去除氨蒸气的本文中所描述的方法的有用应用的一个实例，这一方法可用以在冷却排出气体混合物和从气体混合物去除有机金属蒸气和固体粒子的上游步骤之后从作为经过加热的气体混合物的参考类型的排出气流去除氨蒸气。
再次参考图3，气体混合物200可为从工艺202流动的如所描述的热废气，所述工艺202可为生产发光装置(LED)的工艺。气体混合物200可含有氨蒸气、氢蒸气、氮蒸气、有机金属蒸气和一定量的固体粒子(例如，微粒子、亚微米粒子或其类似物)。气体混合物200在例如至少60、70或80摄氏度的温度的高温下和在环境流动压下离开工艺202。
在离开工艺202之后，气体混合物200通过冷却阶段、用以去除非氨蒸气和粒子的多个过滤阶段和随后氨分离阶段。举例来说，气体混合物200可通过热交换器210、粒子去除过滤器214和有机金属蒸气去除过滤器218，后接氨分离步骤230。通过冷却和过滤步骤中的每一个的所说明次序将通过作为第一阶段的热交换器210，随后通过作为第二阶段的粒子去除过滤器214，且随后通过作为第三阶段的有机金属蒸气去除过滤器218。然而，这些步骤可视需要以不同次序执行且也可通过包含在这些三个步骤中的任一个之前、之后或之间执行的一或多个额外步骤(或阶段)执行。举例来说，可任选地在蒸气去除过滤器218之后和在氨分离步骤230之前包含第二粒子去除过滤器作为第四阶段，以在通过前三个阶段处理之后去除在气体混合物中仍然残留的任何粒子(例如，微米级或亚微米级粒子)。
如在图3处所展示，气体混合物作为例如具有在0到60摄氏度(例如，0到50摄氏度或0到40摄氏度)的范围内的温度的经过冷却的气体混合物212离开热交换器210。经过冷却的气体混合物212进入粒子去除过滤器214且作为具有减少粒子含量的经过过滤的气体流216离开。具有减少粒子的经过冷却的气体混合物进入有机金属蒸气去除过滤器218(参见图6A和6B)且作为具有减少有机金属蒸气含量的气体流220离开。气体混合物220可进一步任选地通过另一粒子过滤器的使用，例如作为第四阶段的微过滤步骤来处理，以去除微米大小或亚微米大小的粒子(例如具有低于6、5、4、或3微米的粒子大小的粒子)。出于提供高纯度氨的目的，但也因为如果不去除有机金属粒子，那么有机金属粒子在下游氨分离工艺中有可能造成各种处理困难，所以优选地去除存在于排出气流中的有机金属粒子。有机金属粒子具有堵塞用于从排出气流分离气态氨的设备的可能性。作为一个实例，分离系统可包含机械阀门，如果有机金属粒子在阀门的表面上积聚，那么所述机械阀门将不正常闭合和不正常密封。另一问题为有机金属粒子可破坏用以从排出气流去除气态氨的过滤器(例如，分子筛)的性能(例如，堵塞)。
图4展示用于从气体混合物流分离氨的步骤之前的冷却步骤和多个过滤步骤的图3的实例系统的有用装置的某些特定实例。系统300以这一次序包含热交换器400、粒子去除过滤器500和有机金属蒸气去除过滤器600。如所展示，例如具有大于60摄氏度的温度的排出气体的气体混合物402进入热交换器400，通过热交换器，且作为例如具有在0到60摄氏度(包含0到50摄氏度)的范围内的温度的经过冷却的气体混合物498离开热交换器。经过冷却的气体混合物498进入粒子去除过滤器500，其中从经过冷却的气体混合物去除固体粒子的一大部分。气体混合物作为具有减少固体粒子含量的经过过滤的气体流598离开粒子去除过滤器500。相对于进入的气体混合物402，具有减少粒子的气体混合物进入有机金属蒸气去除过滤器600(参见图6A和6B)且作为具有减少粒子含量和有机金属蒸气和降低温度的气体流698离开。
图4中也展示振荡器或“振动器”410，其附接在热交换器400与固体支撑物(例如，墙)之间，且振动以引起热交换器400的连续振荡或振动运动。振动的本质(例如，构成振动的运动的频率和距离)可有效地防止粒子在热交换器400的内部表面堆积。
图5为有用热交换器400的实例的更详细说明。如所说明，热交换器400为包含热交换器主体404、主体入口420、主体出口422和主体内部体积424的逆流盘管型热交换器。另外，中空盘管主体426位于热交换器主体内部体积424内且包含盘管入口430、盘管出口432和在盘管入口与盘管出口之间的多个盘管匝。第二中空盘管主体428也位于热交换器主体内部体积424内且连接到第二盘管入口440和第二盘管出口442。
冷却液体450在盘管入口处进入中空盘管主体，在与通过热交换器主体的经过加热的气体混合物的流动方向相反的方向上流经中空盘管主体，且在盘管出口处离开中空盘管主体。经过加热的气体混合物402在第一温度下在主体入口处进入热交换器主体，通过内部体积且越过中空盘管的外部表面，且在降低温度下在主体出口处离开热交换器主体。
图6A展示粒子去除过滤器500的单个实例。如所说明，过滤器500为漩涡过滤器，其通过使气体混合物498在过滤器500的内部506处以漩涡流动方式循环(由循环箭头所展示)从进入的气体混合物498去除粒子。气体混合物498经由入口502进入过滤器500，通过锥形过滤器内部506，且经由出口504作为已去除大量粒子的气体混合物598离开。例如通过重力在向下方向上将在锥形内部506循环的气体混合物中所含有的粒子牵引到粒子截留器510，其中粒子可离开过滤器500且从气体混合物去除。循环气体混合物沿循环方向且向上流动，以经由出口504离开，同时含有减少量的粒子。
在另一实施例中，替代漩涡过滤器，过滤器500可为多阶段过滤器，其包含碰撞阶段、碳纤维收集阶段、曲折路径(例如，曲径)阶段和可包含在所说明的漩涡过滤器内或作为其替代的纤维介质阶段中的一或多个。图6B展示包含气体混合物498的入口518和经过过滤的气体混合物598的出口516的过滤器500的实例。入口与出口之间为多个过滤阶段。第一阶段为碰撞阶段520，其包含在过滤器的底部处的碳纤维层522。气体混合物498向下流动且接触(碰撞)碳纤维层522，其中粒子可在碳纤维层中经捕获和截留。
下一个阶段为“曲径”或“曲折路径”阶段524，其使用将气体混合物的流动分流的挡板或其它物理结构制成，且当气体混合物流经曲折路径时，可有效地捕获、限定或限制存在于气体混合物中的粒子的至少一部分的进一步前进。
一或多个额外的过滤器阶段526、528和530可包含一或多个纤维性过滤器材料，所述纤维性过滤器材料可有效地允许气体混合物流经所述阶段，且将粒子保留在纤维材料中。可选择纤维性过滤器材料以提供良好过滤，且气体混合物良好地流经过滤器阶段，优选地没有杂质从纤维性过滤器材料脱气(释气)到通过纤维性过滤器材料的气体混合物中。纤维性过滤器材料可为任何有用材料，其不同种类通常为已知的，其包含不锈钢丝绒、碳绒、陶瓷绒等。
有用过滤器500(例如，漩涡过滤器、多阶段过滤器或另一类型的粒子过滤器)可有效地去除具有低于30、20和10微米(例如，小到约5或6微米的大小)的粒子大小(就直径来说)的微粒子。
现参考图7A，说明用于通过将有机金属蒸气吸附到固体吸附剂上而从含有有机金属蒸气和氨的气体混合物去除气态有机金属蒸气的方法和装置的示意图。过滤器600包含如本文中所描述的固体吸附剂粒子的床608，例如，活性碳、沸石或其类似物。气体混合物598含有氨蒸气、有机金属蒸气、其它非有机金属和非氨蒸气，和潜在其它粒子(例如，微粒子、亚微米粒子或其类似物)。气体混合物598流动到在床608的上游侧上的过滤器600的入口中，流经床608，且随后作为含有减少量的有机金属蒸气的经过滤气体混合物698在床608的相对(下游)侧上离开过滤器600。流动的速率和体积(例如，流量)和气体混合物流598的压力可有效地允许气体混合物598滞留在床608内一段时间，其将允许存在于气体混合物598中的有机金属蒸气的大多数、大部分或大体上全部从气体混合物去除以产生经过过滤的气体混合物698。举例来说，气体混合物698可含有少于气体混合物598中原先所含有的有机金属蒸气的总量的百分之30、20、10、或5。存在于气体流598中的其它一或多种蒸气(非有机金属蒸气)将大体上通过床608且不会吸附到床608的固体吸附剂粒子上，而作为气体混合物698中所含有的蒸气离开过滤器600。
根据本说明书的实例方法，气体混合物598处于包含环境流动压和高于氨吸附温度的温度的条件下，所述温度例如大于0摄氏度或在0到60摄氏度(包含0到50摄氏度或0到40摄氏度)的范围内的温度。
有机金属蒸气可为含有键结(例如，共价键结)到一或多个有机部分(有时也称作“有机基团”)的金属原子的有机金属化合物，也就是说，有机金属化合物在金属原子与有机部分之间包含至少一个碳-金属键。金属可为任何金属，例如碱金属、碱土金属或过渡金属。实例金属包含铝、镓、锑、钛、钴、钨和铟。有机部分可为任何能够形成碳-金属共价键的有机基团，例如：烷基(例如，甲基、乙基、丙基等)、芳基、烷基硅烷基、烷基硼基、羰基和氰基。这些基团可为直链、分支链或环状，可含有例如碳-碳双键或芳环结构的不饱和基团，且可任选地含有一或多个杂原子或氢取代基。
作为气体混合物中的作为有机金属蒸气的部分的有机金属化合物的非限制性实例包含将过渡金属(例如镓、铝、铟等)包含作为金属的有机金属化合物，其中有机金属蒸气为一种可通过固体吸附剂有效地吸附以从气体混合物去除有机金属蒸气的有机金属蒸气。金属与一或多个有机残基相关联，所述有机残基可为例如烷基。对于与超过一个有机残基相关联的金属原子，两个或更多个有机残基可相同或不同。这些有机金属化合物的特定实例包含三甲基镓、三甲基铟和三甲基铝，和三甲基锑((CH3)3Sb)。
实例有机金属化合物也可为这些或其它有机金属化合物中的任一种的化学衍生物。有机金属化合物可与在工艺(例如，沉积)期间存在的另一气态化学物质反应，例如与气态氮、氧气、水或氢反应，以形成衍生氧化物、盐、金属氧化物、氢氧化物或其类似物。
如本文中所描述，用于去除有机金属蒸气的固体吸附剂可为将出于这一目的有效地起作用以从包含氨的气体混合物去除有机金属蒸气的任何固体吸附剂。实例包含上文所描述的关于氨去除步骤的固体吸附剂材料，具体地包含活性碳。
图7B展示如图3处所说明的多阶段系统的第三和第四阶段的更特定实例，实例第三阶段为有机金属蒸气去除过滤器600的实例且实例第四阶段为第二粒子去除过滤器700。如所说明，有机金属蒸气去除过滤器600和第二粒子去除过滤器700含于单个结构过滤器600中，但这两个过滤阶段可替代地分别含于两个不同过滤器结构中，所述两个不同过滤器结构允许气体混合物各自流经两个分离过滤器两者。
如所说明，过滤器600包含入口602、出口604和包含含有固体吸附剂的第一过滤器床608和含有第二粒子去除过滤器的第二床700的内部体积。气体混合物598通过入口602进入过滤器600，通过第一床608和其中含有的固体吸附剂以使得来从气体流的有机金属蒸气吸附到固体吸附剂上且从气体流去除。接着气体混合物进入且通过第二床700和第二床中所含有的粒子过滤器以从气体流去除微米大小或亚微米大小的粒子。
气体混合物598可处于包含环境流动压和高于氨吸附温度的温度的条件下，所述温度例如大于0摄氏度的温度，例如，在0到60摄氏度或0到40摄氏度的范围内的温度。
有用的第二粒子过滤器700可有效地去除具有小于通过前述粒子过滤器去除的粒子的大小的粒子大小(就直径来说)的微粒子，例如，如图6中所说明的漩涡过滤器。举例来说，第二粒子过滤器700能够进行微过滤，以去除微米大小或亚微米大小的粒子，例如，具有低于6、5、4、3、1、0.5或0.1微米的粒子大小的粒子。
样本口620允许去除流经床608的气体混合物的样本以用于分析试验，例如以测量有机金属化合物的存在和量。
在离开过滤器600之后，可例如(但不一定)根据关于图1A、1B和1C所说明和所描述的实例系统和步骤来进一步处理气体混合物流698以从如本文中所描述的气体混合物去除氨蒸气。
在第一方面中，从含有气态氨的气体混合物去除氨的方法包括：i)将处于环境流动压下的气体混合物输送到含有固体吸附剂的器皿；和ii)使处于环境流动压和氨吸附温度下的气体混合物与固体吸附剂接触，以使得氨吸附到固体吸附剂上。
根据第一方面的第二方面进一步包括：在一定量的氨已吸附到固体吸附剂上之后，通过加热固体吸附剂从固体吸附剂脱附所吸附的氨以将所吸附的氨释放为经过脱附的气态氨；和从器皿去除经过脱附的气态氨。
根据任一前述方面的第三方面，进一步包括：将气体混合物、固体吸附剂或两者冷却到氨吸附温度，在所述氨吸附温度下，气体混合物的气态氨在环境流动压下吸附到固体吸附剂上。
根据第三方面的第四方面为其中氨吸附温度在-40摄氏度到0摄氏度的范围内。
根据任一前述方面的第五方面为其中气体混合物含有氨和非氨蒸气，且非氨蒸气在氨吸附温度下不吸附到固体吸附剂上。
根据第一方面的第六方面为其中气体混合物含有气态氨、气态氢和气态氮，方法进一步包括：将气体混合物输送到固体吸附剂，其中气体混合物、固体吸附剂或两者具有在-40到0摄氏度的范围内的温度；允许氨吸附到固体吸附剂上；在一定量的氨已吸附到固体吸附剂上之后，将含有所吸附的氨的固体吸附剂的温度升高到脱附温度以从固体吸附剂脱附所吸附的氨以形成液体氨；和从器皿去除液体氨。
根据第六方面的第七方面为其中气体混合物、固体吸附剂或两者具有在-30到-15摄氏度的范围内的温度。
根据第六或第七方面的第八方面为其中脱附温度低于60摄氏度。
根据第六到第八方面中的任一方面的第九方面为其中固体吸附剂是选自活性碳和沸石。
根据第六到第九方面中的任一方面的第十方面为其中输送到器皿的气体混合物包括：15到40体积百分比的气态铵；0到60体积百分比的气态氢；和0到70体积百分比的气态氮。
在第十一方面中，处理含有氨、非氨蒸气、有机金属蒸气和固体粒子的气体混合物的方法包括：i)通过使气体混合物通过热交换器来冷却气体混合物以产生经过冷却的气体混合物；ii)使经过冷却的气体混合物通过粒子过滤器以去除固体粒子；iii)使经过冷却的气体混合物通过第一固体吸附剂以将有机金属蒸气吸附到第一固体吸附剂上；和iv)使经过冷却的气体混合物与第二固体吸附剂接触以使得氨吸附到第二固体吸附剂上。
根据第十一方面的第十二方面为其中非氨蒸气包括气态氢、气态氮或其组合。
根据第十一或第十二方面的第十三方面为其中经过加热的气体混合物具有大于60摄氏度的温度。
根据第十一到第十三方面中的任一方面的第十四方面为其中经过冷却的气体混合物具有在0到60摄氏度的范围内的温度。
根据第十一到第十四方面中的任一方面的第十五方面进一步包括在环境流动压和氨吸附温度下使经过冷却的气体混合物与第二固体吸附剂接触，以使得氨吸附到第二固体吸附剂上。
根据第十五方面的第十六方面进一步包括将气体混合物、第二固体吸附剂或两者冷却到氨吸附温度。
根据第十五或第十六方面的第十七方面为其中氨吸附温度在-40到0摄氏度的范围内。
根据第十一到第十七方面中的任一方面的第十八方面进一步包括：在一定量的氨已吸附到第二固体吸附剂上之后，通过加热第二固体吸附剂从第二固体吸附剂脱附所吸附的氨以将所吸附的氨释放为经过脱附的气态氨。
根据第十一到第十八方面中的任一方面的第十九方面为其中热交换器为逆流盘管热交换器，其包括：中空热交换器主体，其包括主体入口、主体出口和主体内部体积；和中空盘管主体，其位于热交换器主体内部体积内和在盘管入口与盘管出口之间包括盘管入口、盘管出口和多个盘管匝，其中：气体混合物在主体入口处进入中空热交换器主体，通过内部体积且越过中空盘管的外部表面，且在主体出口处离开中空热交换器主体，且冷却液体在盘管入口处进入中空盘管主体，在与通过中空热交换器主体的气体混合物的流动方向相反的方向上流经中空盘管主体，且在盘管出口处离开中空盘管主体。
根据第十一到第十九方面中的任一方面的第二十方面为其中气体混合物包括：15到40体积百分比的气态氨；0到60体积百分比的气态氢；0到70体积百分比的气态氮；和有机金属化合物。
根据第二十方面的第二十一方面为其中有机金属化合物为三甲基镓。
在第二十二方面中，用于处理含有有机金属蒸气、粒子和非有机金属蒸气的气体混合物的系统包括：i)热交换器，其适于减少气体混合物的温度；ii)粒子过滤器，其能够从气体混合物去除固体粒子；iii)有机金属蒸气去除过滤器，其能够从气体混合物去除有机金属蒸气；和iv)器皿，其含有能够在包含环境流动压和氨吸附温度的条件下通过将氨蒸气吸附到固体吸附剂上从气体混合物去除氨蒸气的固体吸附剂，其中热交换器、粒子过滤器、有机金属蒸气去除过滤器和器皿彼此流体连通。
因此，根据所描述的本公开的若干说明性实施例，所属领域的技术人员将易于理解可在所附权利要求书的范围内制作和使用其它实施例。这一文件所涵盖的本公开的诸多优点已在前文的描述中进行阐述。然而，应理解，本公开在许多方面中仅为说明性的。可在不超出本公开的范围的情况下，在细节中作出改变，尤其在部件的形状、大小和布置方面。本公开的范围当然定义于所附权利要求书中所表达的语言中。

Claims (22)

1.一种从含有气态氨的气体混合物去除氨的方法，所述方法包括：
在环境流动压下将所述气体混合物输送到含有固体吸附剂的器皿；以及
在环境流动压以及氨吸附温度下，使所述气体混合物与所述固体吸附剂接触，以使得所述氨吸附到所述固体吸附剂上。
2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
在一定量的氨已吸附到所述固体吸附剂上之后，通过加热所述固体吸附剂以将所述吸附的氨释放为脱附的气态氨从而从所述固体吸附剂脱附所述吸附的氨；以及
从所述器皿去除所述脱附的气态氨。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其进一步包括：
将所述气体混合物、固体吸附剂或两者冷却到氨吸附温度，在所述氨吸附温度下，所述气体混合物的所述气态氨在所述环境流动压下吸附到所述固体吸附剂上。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述氨吸附温度在-40摄氏度到0摄氏度的范围内。
5.根据权利要求1至权利要求4中任一权利要求所述的方法，其中所述气体混合物含有所述氨以及非氨蒸气，且所述非氨蒸气在所述氨吸附温度下不吸附到所述固体吸附剂上。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述气体混合物含有气态氨、气态氢以及气态氮，所述方法进一步包括：
在所述气体混合物、固体吸附剂或两者具有-40到0摄氏度的范围内的温度的情况下将所述气体混合物输送到所述固体吸附剂；
使所述氨吸附到所述固体吸附剂上；
在一定量的氨已吸附到所述固体吸附剂上之后，将含有吸附的氨的所述固体吸附剂的所述温度增加到脱附温度以从所述固体吸附剂脱附所述吸附的氨从而形成液体氨；以及
从所述器皿去除所述液体氨。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述气体混合物、所述固体吸附剂或两者具有在-30到-15摄氏度的范围内的温度。
8.根据权利要求6或权利要求7所述的方法，其中所述脱附温度低于60摄氏度。
9.根据权利要求6至权利要求8中任一权利要求所述的方法，其中所述固体吸附剂是选自活性碳以及沸石。
10.根据权利要求6至权利要求9中任一权利要求所述的方法，其中输送到所述器皿的所述气体混合物包括：
15到40体积百分比的气态铵；
0到60体积百分比的气态氢；以及
0到70体积百分比的气态氮。
11.一种处理含有氨、非氨蒸气、有机金属蒸气以及固体粒子的气体混合物的方法，所述方法包括：
通过使所述气体混合物通过热交换器来冷却所述气体混合物以产生经过冷却的气体混合物，
使所述经过冷却的气体混合物通过粒子过滤器以去除所述固体粒子，
使所述经过冷却的气体混合物通过第一固体吸附剂以将有机金属蒸气吸附到所述第一固体吸附剂上，以及
使所述经过冷却的气体混合物与第二固体吸附剂接触以使得氨吸附到所述第二固体吸附剂上。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述非氨蒸气包括气态氢、气态氮或其组合。
13.根据权利要求11或权利要求12所述的方法，其中所述经过加热的气体混合物具有大于60摄氏度的温度。
14.根据权利要求11至权利要求13中任一权利要求所述的方法，其中所述经过冷却的气体混合物具有在0到60摄氏度的范围内的温度。
15.根据权利要求11至权利要求14中任一权利要求所述的方法，其进一步包括在环境流动压以及氨吸附温度下，使所述经过冷却的气体混合物与所述第二固体吸附剂接触，以使得所述氨吸附到所述第二固体吸附剂上。
16.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括将所述气体混合物、第二固体吸附剂或两者冷却到所述氨吸附温度。
17.根据权利要求15或权利要求16所述的方法，其中所述氨吸附温度在-40到0摄氏度的范围内。
18.根据权利要求11至权利要求17中任一权利要求所述的方法，其进一步包括：
在一定量的氨已吸附到所述第二固体吸附剂上之后，通过加热所述第二固体吸附剂以将所述吸附的氨释放为脱附的气态氨从而从所述第二固体吸附剂脱附所述吸附的氨。
19.根据权利要求11至权利要求18中任一权利要求所述的方法，其中所述热交换器为逆流盘管热交换器，其包括：
中空热交换器主体，其包括主体入口、主体出口以及主体内部体积，以及
中空盘管主体，其位于所述热交换器主体内部体积内且包括盘管入口、盘管出口以及在所述盘管入口与所述盘管出口之间的多个盘管匝，
其中：
所述气体混合物在所述主体入口处进入所述中空热交换器主体，通过所述内部体积且越过所述中空盘管的外部表面，且在所述主体出口处离开所述中空热交换器主体，且
所述冷却液体在所述盘管入口处进入所述中空盘管主体，在与通过所述中空热交换器主体的所述气体混合物的流动方向相反的方向上流经所述中空盘管主体，且在所述盘管出口处离开所述中空盘管主体。
20.根据权利要求11至权利要求19中任一权利要求所述的方法，所述气体混合物包括：
15到40体积百分比的气态氨；
0到60体积百分比的气态氢；
0到70体积百分比的气态氮；以及
有机金属化合物。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述有机金属化合物为三甲基镓。
22.一种用于处理含有有机金属蒸气、粒子以及非有机金属蒸气的气体混合物的系统，所述系统包括：
热交换器，其适于降低所述气体混合物的温度；
粒子过滤器，其能够从所述气体混合物去除固体粒子；
有机金属蒸气去除过滤器，其能够从所述气体混合物去除有机金属蒸气；以及
器皿，其含有能够在包含环境流动压以及氨吸附温度的条件下通过将所述氨蒸气吸附到所述固体吸附剂上从所述气体混合物去除氨蒸气的固体吸附剂，
其中所述热交换器、所述粒子过滤器、所述有机金属蒸气去除过滤器以及所述器皿彼此流体连通。
CN202080038481.9A 2019-05-24 2020-05-20 用于从气体混合物去除氨的方法和系统 Pending CN113874096A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962852478P 2019-05-24 2019-05-24
US62/852,478 2019-05-24
PCT/US2020/033826 WO2020242861A1 (en) 2019-05-24 2020-05-20 Methods and systems for removing ammonia from a gas mixture

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113874096A true CN113874096A (zh) 2021-12-31

Family

ID=73457194

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080038481.9A Pending CN113874096A (zh) 2019-05-24 2020-05-20 用于从气体混合物去除氨的方法和系统

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11491435B2 (zh)
EP (1) EP3976230A4 (zh)
JP (1) JP2022533234A (zh)
KR (1) KR20210157923A (zh)
CN (1) CN113874096A (zh)
TW (1) TWI757746B (zh)
WO (1) WO2020242861A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114878778B (zh) * 2022-04-29 2024-01-09 鞍钢股份有限公司 一种煤气中痕量氨气检测方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5160512A (en) * 1992-01-13 1992-11-03 Cleveland State University Gas separation process
WO2000040324A1 (en) * 1998-12-31 2000-07-13 Kemira Agro Oy Process for separation of ammonia gas and a solid adsorbent composition
US6261345B1 (en) * 1999-03-10 2001-07-17 Japan Pionics Co., Ltd. Process and apparatus for recovering ammonia
CN1379828A (zh) * 1999-10-18 2002-11-13 高级技术材料公司 使用配体交换耐蚀金属有机前体溶液的化学气相沉积过程的流出物的消除
US20080237131A1 (en) * 2007-03-29 2008-10-02 Lloyd Anthony Brown Methods and systems for purifying gases
CN102728159A (zh) * 2012-07-13 2012-10-17 上海正帆科技有限公司 一种mocvd尾气中氨气回收方法
CN104955547A (zh) * 2012-11-20 2015-09-30 赛斯纯气体股份有限公司 用于无水氨回收的方法和系统
CN104955982A (zh) * 2013-01-25 2015-09-30 艾克斯特朗欧洲公司 具有颗粒分离器的化学气相沉积设备
CN108744882A (zh) * 2018-05-29 2018-11-06 浙江天采云集科技股份有限公司 一种led-mocvd制程废气全温程变压吸附提氨再利用的方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03238019A (ja) * 1990-02-15 1991-10-23 Central Res Inst Of Electric Power Ind 高温還元性ガスの精製方法
US6132492A (en) 1994-10-13 2000-10-17 Advanced Technology Materials, Inc. Sorbent-based gas storage and delivery system for dispensing of high-purity gas, and apparatus and process for manufacturing semiconductor devices, products and precursor structures utilizing same
US5518528A (en) 1994-10-13 1996-05-21 Advanced Technology Materials, Inc. Storage and delivery system for gaseous hydride, halide, and organometallic group V compounds
JP2000317246A (ja) * 1999-03-10 2000-11-21 Japan Pionics Co Ltd アンモニアの回収方法及び回収装置
US6391385B1 (en) 1999-10-18 2002-05-21 Advanced Technology Materials, Inc. Method of abating of effluents from chemical vapor deposition processes using organometallic source reagents
US6491884B1 (en) * 1999-11-26 2002-12-10 Advanced Technology Materials, Inc. In-situ air oxidation treatment of MOCVD process effluent
EP1176120A1 (en) 2000-07-28 2002-01-30 Japan Pionics Co., Ltd. Process for purifying ammonia
JP2008013406A (ja) * 2006-07-06 2008-01-24 Air Water Inc アンモニアの回収方法、アンモニアの再利用方法、アンモニアの回収装置、およびアンモニアの再利用装置
KR101211625B1 (ko) 2010-11-03 2012-12-12 코아텍주식회사 습식 스크러버와 촉매 반응 스크러버를 이용한 엘이디 제조공정 배출가스의 연속 제거 방법 및 장치
US8409895B2 (en) 2010-12-16 2013-04-02 Applied Materials, Inc. Gallium nitride-based LED fabrication with PVD-formed aluminum nitride buffer layer
JP6103337B2 (ja) 2012-05-25 2017-03-29 日本パイオニクス株式会社 アンモニアの回収方法及びそれを用いたアンモニアの再利用方法
US9073039B2 (en) 2012-07-13 2015-07-07 Adavanced Fuel Research, Inc. Carbon sorbent for reversible ammonia sorption
CN202893187U (zh) 2012-11-09 2013-04-24 叶爱民 适用于氮化镓有机金属气相沉积设备内的尾气处理装置
CN203693103U (zh) 2014-01-23 2014-07-09 毛立波 一种快捷折叠式货架
EP3216512A1 (en) * 2016-03-08 2017-09-13 Casale SA A temperature-swing adsorption process
CN108658042B (zh) 2018-05-29 2019-11-08 四川天采科技有限责任公司 一种led-mocvd制程尾气全温程变压吸附全组分回收再利用方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5160512A (en) * 1992-01-13 1992-11-03 Cleveland State University Gas separation process
WO2000040324A1 (en) * 1998-12-31 2000-07-13 Kemira Agro Oy Process for separation of ammonia gas and a solid adsorbent composition
US6261345B1 (en) * 1999-03-10 2001-07-17 Japan Pionics Co., Ltd. Process and apparatus for recovering ammonia
CN1379828A (zh) * 1999-10-18 2002-11-13 高级技术材料公司 使用配体交换耐蚀金属有机前体溶液的化学气相沉积过程的流出物的消除
US20080237131A1 (en) * 2007-03-29 2008-10-02 Lloyd Anthony Brown Methods and systems for purifying gases
CN102728159A (zh) * 2012-07-13 2012-10-17 上海正帆科技有限公司 一种mocvd尾气中氨气回收方法
CN104955547A (zh) * 2012-11-20 2015-09-30 赛斯纯气体股份有限公司 用于无水氨回收的方法和系统
CN104955982A (zh) * 2013-01-25 2015-09-30 艾克斯特朗欧洲公司 具有颗粒分离器的化学气相沉积设备
CN108744882A (zh) * 2018-05-29 2018-11-06 浙江天采云集科技股份有限公司 一种led-mocvd制程废气全温程变压吸附提氨再利用的方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3976230A4 (en) 2023-06-28
TW202110525A (zh) 2021-03-16
EP3976230A1 (en) 2022-04-06
TWI757746B (zh) 2022-03-11
WO2020242861A1 (en) 2020-12-03
US20200368668A1 (en) 2020-11-26
JP2022533234A (ja) 2022-07-21
US11491435B2 (en) 2022-11-08
KR20210157923A (ko) 2021-12-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20230405510A1 (en) Methods and systems for adsorbing organometallic vapor
US6733734B2 (en) Materials and methods for the purification of hydride gases
TWI263537B (en) Method and system for removing contaminants from gases
SG186406A1 (en) Recovery of xe and other high value compounds
KR20030061418A (ko) 수소화물 가스, 불활성 가스 및 비-반응성 가스를정화하는 방법 및 물질
FR2775617A1 (fr) Decarbonatation de flux gazeux au moyen d'adsorbants zeolitiques
WO2002078818A3 (en) Acceleration assisted particle/gas separation system
US11491435B2 (en) Methods and systems for removing ammonia from a gas mixture
US7494533B2 (en) Systems for purifying gases having organic impurities using granulated porous glass
CN116272181A (zh) 捕集过滤器系统的歧管组件
US6425946B1 (en) Method and apparatus for removing trace impurities from a gas using superactivated carbon material
CN1276742A (zh) 用于从气体中除去羰基金属和水分的方法和装置
AU773606B2 (en) Improved cold gas-dynamic spraying process
CN1704336A (zh) 氨纯化处理方法及装置
US20040187683A1 (en) Gas recovery system to improve the efficiency of abatementand/or implement reuse/reclamation
JP2641265B2 (ja) 水素の精製方法
US7465692B1 (en) Reactive media, methods of use and assemblies for purifying
WO2017076425A1 (en) Process and system for purification of gas by adsorbing gaseous compounds to moving adsorbent particles
JP3862792B2 (ja) 化学的気相成長装置排ガス処理方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination