CN213193100U - 一种ppb级超高纯度氩气/氦气的纯化装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种ppb级超高纯度氩气/氦气的纯化装置，包括进气管路、第一换热器、吸气反应器、第二换热器、脱氢罐和出气管路，所述进气管路与所述第一换热器的冷媒入口相连，所述第一换热器的冷媒出口与所述吸气反应器相连，所述吸气反应器内设有吸气剂，所述吸气反应器处设有用于加热吸气剂的加热元件，所述吸气反应器的出口与所述第一换热器的热媒入口相连，所述第一换热器的热媒出口与所述第二换热器的热媒入口相连，所述第二换热器的热媒出口与所述脱氢罐相连，所述脱氢罐与所述出气管路相连。本实用新型中加高效吸气剂脱氢罐，可脱除吸气反应器后端产品氩气和氦气中的杂质氢至ppb级，保证产品气出口氢含量指标不波动。
Description
技术领域
本实用新型涉及气体纯化领域，具体涉及一种ppb级超高纯度氩气/氦气的纯化装置。
背景技术
目前，近年随着半导体等行业的高速发展，在半导体成品制作工艺过程中对使用气体纯度的要求越来越高，杂质都要求小于1ppb。传统超高纯气体纯化器调试完成后，产品氩气或氦气中的氢和甲烷往往超高不能达到ppb级，需要长期大气量吹扫放空，产品氩气或氦气才能合格并投入使用，此过程会造成纯化器调试时间长、气源浪费、影响用户使用周期、产品气指标不稳定等问题。
实用新型内容
本实用新型针对以上问题的提出，而研究设计一种ppb级超高纯度氩气/氦气的纯化装置，来解决传统超高纯气体纯化器调试时间长、气源浪费、影响用户使用周期、产品气指标不稳定等问题。本实用新型采用的技术手段如下：
一种ppb级超高纯度氩气/氦气的纯化装置，其特征在于：包括进气管路、第一换热器、吸气反应器、第二换热器、脱氢罐和出气管路，所述进气管路与所述第一换热器的冷媒入口相连，所述第一换热器的冷媒出口与所述吸气反应器相连，所述吸气反应器内设有吸气剂，所述吸气反应器处设有用于加热吸气剂的加热元件，所述吸气反应器的出口与所述第一换热器的热媒入口相连，所述第一换热器的热媒出口与所述第二换热器的热媒入口相连，所述第二换热器的热媒出口与所述脱氢罐相连，所述脱氢罐与所述出气管路相连。
优选地，所述脱氢罐内设有能吸附氢的吸气剂。
优选地，所述脱氢罐内设有锆钒铁吸气剂，所述脱氢罐的工作温度为常温。
优选地，所述吸气反应器内设有锆钒铁吸气剂，所述加热元件能使所述锆钒铁吸气剂的温度维持在400～450℃。
优选地，还包括冷却水管路，所述冷却水管路与所述第二换热器的冷媒流道相连，所述出气管路上设有废气放空管路。
与现有技术比较，本实用新型所述的一种ppb级超高纯度氩气/氦气的纯化装置的有益效果如下：
1、本实用新型中在吸气反应器后增加了高效吸气剂脱氢罐，可脱除吸气反应器后端产品氩气和氦气中的杂质氢至ppb级，同时也能对其他杂质进行脱除，提高产品气纯度；
2、本实用新型中的原料氩气/氦气中氢含量超标或波动时，由于脱氢罐会对氢等杂质进一步脱除，可保证产品气出口氢含量等指标不波动，产品气纯度稳定；
3、本实用新型与传统无脱氢罐的超高纯氩气/氦气纯化装置相比较，本纯化装置开机调试完成后，不需要长期大气量吹扫，节省调试使用气体、缩短供气周期。
附图说明
图1是本实用新型实施例中的整体流程示意图。
图中，1、进气管路；2、出气管路；3、废气放空管路；4、冷却水管路；5、第一换热器；6、吸气反应器；7、加热元件；8、第二换热器；9、脱氢罐。
具体实施方式
如图1所示，一种ppb级超高纯度氩气/氦气的纯化装置，包括进气管路1、第一换热器5、吸气反应器6、第二换热器8、脱氢罐9和出气管路2。原料氩气/氦气(含氧、水、一氧化碳、二氧化碳、含甲烷类总烃、氮等杂质)由进气管路1进入纯化装置，进气管路1与第一换热器5的冷媒入口相连，第一换热器5的冷媒出口与吸气反应器6相连，原料氩气/氦气通过第一换热器5的冷媒流道后进入吸气反应器6内。吸气反应器6内设有吸气剂以及用于加热吸气剂的加热元件7或辅助加热元件，吸气剂可以吸除原料氩气/氦气中的杂质气体，加热元件7或辅助加热元件能加热升温使得吸气剂的温度维持在可正常吸气的范围内。吸气反应器6的出口与第一换热器5的热媒入口相连，第一换热器5的热媒出口与第二换热器8的热媒入口相连，第二换热器8的热媒出口与脱氢罐9相连，脱氢罐9能对原料气中的氢气等杂质气体进行脱除，脱氢罐9与出气管路2相连。
吸气反应器6内设有高效的吸气剂，该高效吸气剂在高温环境下有放氢能力，低温环境下有吸附氢的能力并伴随着放出大量热量。吸气反应器6内的加热元件7或辅助加热元件能使吸气剂的温度维持稳定，保证吸气剂在高温环境下工作，可脱除原料氩气/氦气中的杂质氧、水、一氧化碳、二氧化碳、含甲烷类总烃、氮、氢等，上述脱除杂质的过程为不可逆的化学反应。本实用新型中高温吸气反应器6内含有高效的吸气剂为一种金属合金型催化剂并且是消耗型催化剂，其主要化学组分为锆钒铁。锆钒铁吸气剂对气体的吸收具有选择性，只能吸收活性气体，而对Ar、He等惰性气体没有活性，对碳氢化合物的抽速也很小。对于活性气体，其中H2为可逆吸收，氢以固溶体的形式储存在锆钒铁中，常温下扩散十分迅速，当温度升高到一定高度时，H2能从吸气剂中释放出来；对CO、CO2、O2、N2等为永久吸收，常温下碳、氮、氧原子在锆钒铁吸气剂中的扩散速度很慢，升温能使其进入吸气剂内部，而获得清洁表面；至于水蒸气，一部分被永久吸收，另一部分则可以重新释放。
吸气反应器6内的锆钒铁吸气剂在400～450℃的高温环境下工作，可脱除原料氩气/氦气中的杂质氧、水、一氧化碳、二氧化碳、含甲烷类总烃、氮、氢等。本实用新型提供的超高纯氩气/氦气吸气型纯化装置使用前，会对高温吸气反应器6内含有的高效吸气剂进行激活处理，处理温度一般为500℃，即激活处理过程中吸气剂也是放氢过程；吸气剂激活完成后温度将到400～450℃范围内，吸气剂就有吸附氢的能力。因高温吸气反应器6内的高效吸气剂在工作时，纯化器内部带有的加热或辅助加热元件一直在提供热量使吸气剂维持在400～450℃范围。但原料氩气/氦气中的杂质氧、水、一氧化碳、二氧化碳、含甲烷类总烃、氮与高温吸气剂反应过程中短时间会放出大量的热量，使吸气剂瞬时会升高到很高温度同时放出氢气，而随着原料气流不断通过吸气反应器6，吸气反应器6内的吸气剂会很快降温到400～450℃范围内，同时受原料氩气/氦气压力和杂质指标波动的影响，高温吸气反应器6出口会时不时的放出氢气影响吸气反应器6出口气体的指标。特别是在超高纯氩气/氦气纯化器前期运行期间，吸气反应器6出口气体的氢含量指标波动很大(几十甚至几百ppb)。
此时吸气反应器6下游的脱氢罐9即会起到进一步纯化的作用，脱氢罐9内设有能吸附氢的高效吸气剂，可对吸气反应器6出口气体中的氢气进行脱除。本实施例中，脱氢罐9内吸气剂的主要化学组分也为锆钒铁，脱氢罐9的工作温度为常温，锆钒铁吸气剂在常温下即可吸收氢气，保证吸气反应器6出口气体中的杂质氢被吸附脱除至ppb级。同时若吸气反应器6内的其余杂质的含量未达标，脱氢罐9也可进一步脱除纯化产品气体。
第二换热器8为水冷却器，第二换热器8上设有冷却水管路4，冷却水管路4与第二换热器8的冷媒流道相连。原料氩气/氦气经吸气反应器6后，其温度升高，此时经第一换热器5进行一级降温，再经第二换热器8进行二级换热降温，为进入脱氢罐9做准备，同时第一换热器5和第二换热器8能对产品气进行降温。第一换热器5可以充分回收从吸气反应器6出来的高温气体热量，同时对进入第一换热器5的原料氩气/氦气进行预加热，这样可以防止原料氩气/氦气进入吸气反应器6后对吸气剂的温度产生影响，从而影响吸气效果。
出气管路2上设有废气放空管路3，用于排出本纯化装置中的废气。
本实用新型的工作原理为：原料氩气/氦气先通过第一换热器5的冷媒流道，经预热后进入吸气反应器6内，经吸气剂脱除杂质后的气体通过第一换热器5的热媒流道，可回收气体热量同时对气体进行降温，经第一换热器5换热降温后再进入第二换热器8进行降温，降温后的气体进入脱氢罐9进一步脱除氢等其他杂质至ppb级，纯化后的产品氩气和氦气经出气管路2排出。
本实用新型涉及除去集成电路、LED、光伏太阳能制造中使用的ppb级氩气/氦气含有烃类、一氧化碳、二氧化碳、氧、水和氢而进行的纯化装置，本纯化装置常用于高温吸气工序。本实用新型中在吸气反应器6后增加了高效吸气剂脱氢罐9，可脱除高温吸气反应器6后端产品气中的杂质氢至ppb级，同时也能对其他杂质进行脱除，提高产品气纯度。当原料氩气/氦气中氢含量超标或波动时，由于脱氢罐9会对氢等杂质进一步脱除，可保证产品气出口氢含量等指标不波动，产品气纯度稳定。与传统无脱氢罐9的超高纯氩气和氦气纯化装置相比较，本实用新型在水冷却器与产品气出气管路2中间增加脱氢罐9，纯化装置开机调试完成后，不需要长期大气量吹扫，节省调试使用气体、缩短供气周期。
以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。
Claims (5)
1.一种ppb级超高纯度氩气/氦气的纯化装置，其特征在于：包括进气管路(1)、第一换热器(5)、吸气反应器(6)、第二换热器(8)、脱氢罐(9)和出气管路(2)，所述进气管路(1)与所述第一换热器(5)的冷媒入口相连，所述第一换热器(5)的冷媒出口与所述吸气反应器(6)相连，所述吸气反应器(6)内设有吸气剂，所述吸气反应器(6)处设有用于加热吸气剂的加热元件(7)，所述吸气反应器(6)的出口与所述第一换热器(5)的热媒入口相连，所述第一换热器(5)的热媒出口与所述第二换热器(8)的热媒入口相连，所述第二换热器(8)的热媒出口与所述脱氢罐(9)相连，所述脱氢罐(9)与所述出气管路(2)相连。
2.根据权利要求1所述的一种ppb级超高纯度氩气/氦气的纯化装置，其特征在于：所述脱氢罐(9)内设有能吸附氢的吸气剂。
3.根据权利要求2所述的一种ppb级超高纯度氩气/氦气的纯化装置，其特征在于：所述脱氢罐(9)内设有锆钒铁吸气剂，所述脱氢罐(9)的工作温度为常温。
4.根据权利要求1所述的一种ppb级超高纯度氩气/氦气的纯化装置，其特征在于：所述吸气反应器(6)内设有锆钒铁吸气剂，所述加热元件(7)能使所述锆钒铁吸气剂的温度维持在400～450℃。
5.根据权利要求1所述的一种ppb级超高纯度氩气/氦气的纯化装置，其特征在于：还包括冷却水管路(4)，所述冷却水管路(4)与所述第二换热器(8)的冷媒流道相连，所述出气管路(2)上设有废气放空管路(3)。
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|---|---|---|---|---|
| CN115155257A (zh) * | 2022-04-27 | 2022-10-11 | 西南化工研究设计院有限公司 | 一种从低含氦bog中提取高纯氦气的方法 |
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