KR20240025614A - 가스 처리 시스템 및 방법 - Google Patents

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찰스 에이치. 애플가스
개리 르
루크 단토니오
매튜 슐로터벡
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엔테그리스, 아이엔씨.
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Abstract

매체 (예를 들어, 정제 매체, 촉매, 흡착제)와 접촉하도록 가스를 유동시키는 가스의 유동을 처리하는 데 유용한, 예열기를 포함하는 가스 처리 시스템 및 관련 방법이 설명된다.

Description

가스 처리 시스템 및 방법
본 개시내용은 매체(media)와 접촉하도록 가스를 유동시킴으로써 가스를 처리하는 데 사용되는, 예열기(pre-heater)를 포함하는 가스 처리 시스템(gas-processing system), 및 관련 방법에 관한 것이다.
가스는 반도체 및 마이크로전자 디바이스(device)를 제조하는 것을 포함하여, 많은 상이한 상업적 및 산업적 목적들을 위한 원료들 또는 처리 물질 (동시에 "원료 가스"로 지칭된다)로서 사용된다.
공정에서 사용하기 위한 가스를 준비하기 위해, 가스의 유동은 가스에 대한 다양한 상이한 영향들 중 임의의 것을 유발하기 위해, 다양한 상이한 방식들로 핸들링되거나 처리될 수 있다. 제조 공정에서 원료 가스를 사용하기 전에, 가스는 가열, 냉각, 정제, 또는 여과될 수 있다.
가스 정제 시스템은 반도체 또는 마이크로전자 처리 툴(tool)과 같은 제조 장비의 부분에 고도로 정제된 원료 가스의 일관된 유동을 공급하도록 채택된다. 예시적인 가스는 질소, 아르곤, 헬륨, 수소, 암모니아, 이산화탄소, 청정 건조 공기 ("CDA"), 및 산소를 포함하며, 이들 각각은 매우 고도로 정제된 형태이다.
가스의 유동을 정제하기 위한 기술은 가스로부터 소정량의 불순물을 제거할 수 있는 매체 물질과 가스를 접촉시키는 것을 수반할 수 있다. 일부 기술에 의해, 불순물은 불순물을 격리함으로써, 예컨대 불순물이 흡착제 (즉, "흡착 매체")의 표면 상에 흡착되게 함으로써 가스의 유동으로부터 제거된다. 다른 기술에 의해, 불순물은 촉매를 사용하여 원래의 불순물에 비해 더 바람직하거나 덜 바람직하지 않은 것으로 간주되는 유도체 화합물로 화학적으로 전환될 수 있다.
제조자들은 가스 정제 공정을 수행하기 위한 고도로 전문화된 장비를 설계하였다. 가스를 정제하기 위한 시스템은 흡착제 또는 촉매와 같은 매체의 유형(예를 들어, 정제 매체)을 수용하는 컨테이너(용기), 및 매체와 접촉하도록 용기를 통한 원료 가스의 유동을 유도하는 부속 유동 제어 장비를 포함할 것이다. 제어부가 포함되어 온도, 압력 및 유량과 같은 공정의 조건을 제어한다.
많은 가스 정제 시스템은 가스가 매체를 수용하는 용기를 통해 유동되기 전에 가스를 예열하는 데 사용되는 예열기를 포함한다. 예를 들어, 촉매 정제 공정의 효율을 개선하기 위해, 가스는 촉매와 접촉하기 전에 예열될 수 있다. 이러한 유형의 촉매 공정을 위한 장비는 촉매를 수용하는 용기, 촉매를 통한 가스의 유동을 유발하기 위한 유동 제어부, 및 가스가 촉매와 접촉하도록 유동하기 전에 가스를 고온으로 가열하는 예열기를 포함한다.
가스 예열기는 또한 흡착-유형의 가스 정제 시스템에 유용할 수 있다. 이러한 시스템에서, 흡착에 의한 정제는 가스를 흡착 매체와 접촉하도록 유동시킴으로써 수행된다. 가스를 흡착 매체를 통해 유동시키는 것은 불순물이 흡착 매체 상에 흡착되게 한다. 사용 기간에 걸쳐, 불순물은 흡착 매체 상에 축적된다. 충분한 축적 후, 흡착 매체는 덜 효과적이 되고, 매체로부터 축적된 불순물을 제거함으로써 "재생"될 수 있다.
재생 공정은, 가열된 가스 ("재생 가스")를 원래의 용기 내의 흡착 매체를 통해 통과시킴으로써, 정제 단계 동안 매체를 수용한 것과 동일한 용기 내에 남아있는 흡착 매체에 대해 수행될 수 있다. 재생 가스는 흡착 매체의 표면과 접촉하고, 매체 표면 상에 축적된 흡착된 불순물은 재생 가스에 의해 흡착 매체로부터 멀리 운반되도록 표면으로부터 탈착될 것이다.
재생 가스에 의한 흡착 매체의 효율적인 재생을 위해, 재생 가스는 일반적으로 흡착 매체와 접촉하기 전에 예열된다. 재생 공정에 필요한 장비는 흡착 매체를 수용하는 용기, 재생 단계 동안 흡착 매체를 통한 재생 가스의 유동을 유발하기 위한 유동 제어부, 및 재생 가스가 흡착 매체를 통해 유동하기 전에 재생 가스를 가열하기 위한 예열기를 포함한다.
[도면의 간단한 설명]
도 1은 예열기 및 매체 용기의 종래 기술의 구성을 도시한다.
도 2는 예열기 및 매체 용기의 종래 기술의 구성을 도시한다.
도 3은 본 설명의 가스 처리 시스템을 도시한다.
도 4는 본 설명의 가스 처리 시스템을 도시한다.
도 5a 및 도 5b는 내부 유동 제어 표면을 포함하는 예열기의 예를 도시한다.
모든 도면들은 개략적이고, 예시적이며, 반드시 실척일 필요는 없다.
가스 정제 시스템을 위한 종래의 예열기는 매체를 수용하는 용기 ("매체 용기")로부터 분리된다. 일부 예열기 설계 ("독립형" 설계)는 예열기를 매체 용기로부터 이격된 위치에 배치하고 예열기를 연장된 가스 유동 도관을 통해 매체 용기에 연결한다. 다른 설계는 가능하게는 공통 구조의 일부로서 매체 용기 부근에 예열기를 배치하지만 ("통합된" 설계), 이들 설계는 어떠한 크기 장점도 제공하지 않는데, 이는 "통합된" 설계를 갖는 예열기가 "독립형" 예열기와 동일한 크기라는 것을 의미한다. 추가적으로, "통합된" 설계의 예열기는 예열기로부터 매체 용기로의 가열된 가스의 유동에 의한 것 이외에는 예열기와 매체 용기 사이에서 열 에너지가 공유되는 것을 허용하지 않는다.
이하의 설명은 신규하고 독창적인 설계의 매체 용기 및 예열기를 포함하는 가스 처리 장비에 관한 것이다. 신규한 설계는 예열기로부터 매체 용기로 유동하는 예열된 가스에 의해 교환되는 열에 추가하여, 예열기 및 매체 용기의 구조를 통해, 예를 들어 구조의 측벽을 통해 예열기가 매체 용기와 열 에너지를 공유할 수 있게 한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 신규한 설계는 예열기의 크기의 감소, 또는 결합된 예열기 및 매체 용기의 총 크기의 감소를 허용한다.
설명된 가스 처리 장비는 일반적으로 가스가 매체와 접촉하게 하기 위해 가스의 유동을 매체와 접촉시키는 작동과 같은 후속 처리 작동으로 가스가 유동하기 전에 가스의 유동을 예열하기 위한 예열기를 포함한다. 매체는 예를 들어 촉매 또는 흡착 매체일 수 있다.
다양한 상이한 유형의 가스-처리 작동은 가스를 본원에서 일반적으로 "매체"로 지칭되는 또 다른 물질과 접촉시키는 것을 수반한다. 매체는 다양한 물질 중 임의의 것일 수 있으며, 구체적 예로 다양한 형태 (예를 들어, 입자, 과립, 다공성 형태를 갖는 고체 (비-액체, 비-기체) 조각, 및 다양한 크기)일 수 있고, 촉매, 흡착제로서, 또는 가스와 접촉될 때 또 다른 목적을 위해 기능할 수 있는 고체 물질 (즉, 액체 또는 기체 물질과 대조적이다)이다.
매체가 가스와 상호작용하게 하기 위해 가스를 매체와 접촉시킴으로써 가스를 처리할 때, 공정은 가스, 매체, 또는 둘 다를 가열함으로써 상승된 온도에서의 공정을 필요로 하거나 그로 인해 개선될 수 있다. 예를 들어, 촉매 기술에 의해 원료 가스를 정제하는 공정은 전형적으로 상승된 온도에서 수행된다. 마찬가지로, 흡착-유형 정제 기술에 사용되는 흡착 매체를 재생하는 공정은 전형적으로 상승된 온도에서 수행된다. 이러한 방법의 경우, 관련 가스(원료 가스 또는 재생 가스)는 가스가 관련 매체 (촉매 또는 흡착 매체)와 접촉되기 전에 예열된다.
가스를 매체와 접촉시켜 매체가 상승된 온도에서 가스와 상호작용하도록 하는 공정 중에, 바람직한 조건은 매체 베드(bed) 전체를 의미하는 공정 전체에 걸친 균일한 온도 분포를 포함한다. 바람직하게는, 매체를 통해 유동하는 가스와 함께 매체를 수용하는 용기는 원하는 공정 온도로 제어될 것이고, 전체 용기 및 용기, 가스 및 매체의 모든 위치는 원하는 공정 온도로 동일하게 유지된다. 용기 전체에 걸친 열 구배(Thermal gradients)는 바람직하게는 높은 공정 효율을 생성하도록 최소화된다.
가스 정제 시스템의 전형적인 설계에서, 가스 예열기는 매체 (예를 들어, 촉매 또는 흡착제와 같은 정제 매체)를 수용하는 용기에 대해 완전히 분리된 구조이다. 별도의 (독립형) 예열기는 별도의 유동 제어부, 별도의 온도 및 압력 제어부 및 센서, 별도의 가열 및 절연 장비, 및 완전히 별도의 물리적 격납 구조를 필요로 하는 독립적인 공정 장비이다. 별도의 예열기는 매체 용기의 압력과 동일한 압력에서 가스의 유동을 제어하도록 구성되어야 하고 매체 용기의 것과 완전히 별도의 가열 요소(heating element) 및 단열부를 포함해야 한다.
독립형 설계의 수정된 버전에 따르면, 가스 예열기는 매체 용기의 입력 단부 부근에 예열기의 출력부와 함께 위치될 수도 있다. 예열기는 매체 용기와 물리적으로 "직렬(in line)"로 배열된다. 가스는 예열기에 진입하고 매체 용기로부터 완전히 상류에 있고 매체 용기와 직렬인 위치에서 예열기를 통해 유동한다. 예열기 및 매체 용기는 실질적으로 별도의 물리적 구조로서 유지된다. 2개의 물리적 구조는 임의의 실질적인 공통 구조를 공유하지 않고, 2개의 별도의 구조는 예열기로부터 매체 용기 내로의 예열된 가스의 유동 이외의 것을 의미하는 실질적인(유용한) 양의 열 에너지 교환을 허용하지 않는다.
본 특허 출원은 예열기가 매체 용기와 공간을 공유하거나, 전도성 열 전달에 의해 매체 용기와 열 에너지를 공유하거나, 또는 둘 다를 허용하는 방식으로 매체 용기의 물리적 구조에 통합되는 예열기를 포함하는 가스 처리 장치를 설명한다. 설명된 설계는 예열기 및 매체 용기의 2차원 물리적 표면을 통한, 특히 예열기 및 매체 용기의 2차원 측벽을 통한 열 전도에 의해, 상당한 양의 열 에너지가 예열기로부터 매체 용기로 전달하는 것을 허용한다.
설명된 바와 같은 가스 정제 장치의 예는 일 단부에 입구, 대향 단부에 출구, 및 2개의 단부 사이에서 연장되는 길이 및 체적을 갖는 매체 용기를 포함한다. 예시적인 장치에 따르면, 예열기는 매체 용기의 길이의 적어도 일부를 따라 위치된다. 또한, 예를 들어, 예열기는 매체 용기의 길이를 따라 매체 용기와 접촉할 수 있고, 접촉은 예열기와 매체 용기 사이의 열 전도에 의해 열 에너지가 통과하는 것을 허용한다. 예시적인 장치는 매체 용기의 길이를 따라 위치되는 예열기를 포함하고, 예열기는 매체 용기의 단부 및 매체 용기의 단부로부터 매체 용기의 길이를 따라 대향 단부를 향해 연장되는 부분을 포함한다.
예시적인 설계에서, 예열기의 길이를 따른 예열기의 표면은 매체 용기의 길이를 따라 매체 용기의 표면과 접촉하거나 공유된다. 2개의 표면이 공유되거나 열 접촉하는 상태에서, 결합된 구조는 잠재적으로 물리적 구성요소들의 전체 감소로 설계될 수 있다. 물리적 구성요소의 감소된 양은 비용 절감을 허용할 수 있거나, 2개의 결합된 구성요소의 총 크기 (특히 길이)의 감소를 허용할 수 있거나, 둘 모두를 허용할 수 있다.
예시적인 예열기 설계는 형상이 환형인 적어도 일부를 포함하는 내부 체적을 포함한다. 환형 예열기 체적은 환형 예열기 체적을 통해 유동하는 가스와 예열기의 외측 표면과 접촉하는 가열 요소 사이의 밀접한 접촉을 제공할 수 있다. 예열기의 환형 체적을 통해 유동하는 가스가 가열 요소와 밀접하게 접촉하게 하는 것은 가열 요소가 가스를 가열하는 효율을 개선할 수 있으며, 이는 잠재적으로 감소된 크기를 갖는, 예를 들어 다른 예열기 설계에 비해 더 작은 내부 체적 또는 더 작은 전체 공간 요건을 갖는 예열기의 사용을 허용할 수 있다.
예열기의 환형 내부 체적의 예는 환형 체적을 통해 가스의 유동을 유도시키는 하나 이상의 내부 표면을 포함할 수 있다. 일 예는 환형 체적의 길이를 따라 연장되는 나선형 경로를 따라 가스의 유동을 유도하는 환형 체적의 내부 표면에 있는 채널(channel)이다. 예열기의 환형 체적의 일부로서의 나선형 채널은 예열기를 통해 유동하는 가스가 예열기의 원주부 주위를 유동하고 점진적으로 예열기의 길이를 따라 (나선형 경로에서) 유동하도록 강제할 수 있다. 환형 경로는 열 에너지가 예열기를 통해 가스 내에 균일하게 분포되게 하는데, 이는 열 에너지가 예열기와 접촉하는 가열 요소로부터 예열기의 내부 체적 내의 가스의 유동으로 효율적이고 균일하게 전달되는 것을 의미한다. 가스로의 열 에너지의 효율적인 전달은, 가스 내의 온도 변동이 거의 또는 전혀 없이, 그리고 가스가 예열기를 빠져나갈 때 가스 내의 열 구배의 감소 또는 실질적인 제거와 함께, 온도가 고도로 균일한 예열기로부터의 가스의 유동을 생성한다.
일 실시예에서, 본 개시내용은 매체 용기 입구를 포함하는 매체 용기 입구 단부, 매체 용기 출구를 포함하는 매체 용기 출구 단부, 입구 단부와 출구 단부 사이에서 일 길이로 연장되는 매체 용기 측벽, 및 입구 단부와 출구 단부 사이에서 연장되는 매체 용기 내부를 포함하는 매체 용기; 및 매체 용기 측벽의 길이를 따라 위치된 가스 예열기를 포함하는 가스 처리 장치에 관한 것이다.
또 다른 실시예에서, 본 개시내용은 가스 정제 장치를 사용하는 방법에 관한 것이다. 상기 가스 정제 장치는 매체 용기 입구를 포함하는 매체 용기 입구 단부, 매체 용기 출구를 포함하는 매체 용기 출구 단부, 입구 단부와 출구 단부 사이에서 일 길이로 연장되는 매체 용기 측벽, 입구 단부와 출구 단부 사이에서 연장되는 매체 용기 내부, 및 내부에 수용된 매체를 포함하는 매체 용기; 매체 용기 측벽의 길이를 따라 위치된 가스 예열기; 및 예열기의 적어도 일부를 덮는 가열 요소를 포함한다. 상기 방법은 예열기를 통해 가스를 유동시켜 가스를 예열하는 단계, 및 예열된 가스를 매체 용기 내부를 통해 그리고 매체와 접촉시켜 통과시키는 단계를 포함한다.
이하에서는, 가스의 유동을 처리하는 데 유용하고 예열기를 포함하는 가스-처리 장비를 설명한다. 또한, 가스의 유동에 대해 수행되는 후속 처리 작동 전에 가스를 가열 ("예열")함으로써 가스를 처리하기 위한 장비를 사용하는 방법이 설명된다.
가스의 유동을 처리하기 위한 장비 및 기술은 가스의 유동을 매체와 접촉시키는 것을 수반할 수 있다. 가스를 정제하기 위해, 가스는 불순물을 포함하고, 매체는 매체와 가스 사이의 접촉 동안 가스 중 불순물의 양을 감소시킬 수 있다.
일부 가스 정제 기술에 의해, 불순물을 격리시킴으로써, 예컨대 불순물이 흡착 물질의 표면 상에 흡착되게 함으로써, 불순물이 가스의 유동으로부터 제거된다. 가스를 유동시켜 고체 흡착 물질과 접촉시키고, 가스 중에 존재하는 불순물을 흡착제의 표면으로 유인하고 흡착시켜 가스로부터 불순물을 제거한다. 다양한 흡착 물질이 공지되어 있다. 흡착제는 체적당 원하는 양의 표면적을 갖는 임의의 다양한 크기 및 형상, 예컨대 작은 미립자(particulate), 과립(granule), 펠릿(pellet), 쉘(shell), 큐브(cube), 모노리스(monolith) 등일 수 있다.
가스 정제 공정의 흡착 물질의 조성이 또한 달라질 수 있고, 처리되는 가스의 유형, 불순물의 유형, 희망 제거 효율, 또는 다른 인자를 기초로 선택될 수 있다. 가스의 유동으로부터 불순물을 흡착하는 데 유용한 것으로 공지된 흡착제의 예는 특히 활성탄, 제올라이트(zeolite) 물질, "금속 유기 골격" (MOF) 흡착제, 게터(getter), 예컨대 아연-바나듐 및 아연-알루미늄 게터 등을 포함한다.
불순물을 포함하고 흡착제를 사용하여 불순물을 제거하도록 처리될 수 있는 가스의 유형은 특히 질소, 아르곤, 헬륨, 수소, 암모니아, 이산화탄소, 청정 건조 공기 ("CDA"), 및 산소를 포함한다.
흡착제-유형 가스 정제 시스템의 사용 동안, 소정량의 불순물이 흡착제 상에 축적될 것이다. 축적된 불순물은 "재생" 단계에 의해 흡착제로부터 제거될 수 있고, 이어서 흡착제는 다시 가스 정제에 사용될 수 있다. 재생 단계에서, 가스의 유동("재생 가스")은 상승된 온도에서 흡착제 위로 통과된다. 상승된 온도는 본원에 기재된 바와 같이 예열기에 의해 생성된다.
재생 가스는 흡착 매체로부터 축적된 불순물을 제거하기 위한 재생 단계에서 효과적인 임의의 가스일 수 있다. 흡착 매체로부터 불순물을 제거하기 위한 재생 가스의 조성은 흡착 매체를 사용하여 처리된 원료 가스의 유형을 포함하는 인자에 따라 달라진다. 예시적인 시스템의 경우, 특정 유형의 원료 가스 (괄호 내에서 식별된다)로부터 불순물을 제거하기 위해서 이용되었던 흡착 매체로부터 축적된 불순물을 제거하는 데 유용할 수 있는 재생 가스는 이하의 재생 가스를 포함한다: 질소/수소 혼합물 (질소), 아르곤/수소 혼합물 (아르곤), 헬륨/수소 혼합물 (헬륨), 수소 (수소), 질소/수소 혼합물 (암모니아), 질소/수소 혼합물 (이산화탄소), 청정 건조 공기 (청정 건조 공기), 산소 (산소).
상이한 가스 정제 기술에 의해, 가스 정제 단계는 가스로부터 소정량의 불순물을 감소시키거나 제거하기 위해 촉매를 사용할 수 있다. 이들 기술에 의해, 가스에 포함된 불순물은 촉매를 사용하여 원래의 불순물에 비해 더 바람직한 -- 또는 덜 바람직하지 않은 -- 화학적 화합물로 화학적으로 전환, 예를 들어 화학적으로 환원 또는 화학적으로 산화될 수 있다. 예시적인 촉매는 질소 산화물 (NOx)을 화학적으로 환원시키거나, 일산화탄소를 산화시키거나, 또는 메탄과 같은 탄화수소를 산화시켜 물 및 이산화탄소를 형성하는 데 효과적이다. 이들 기술에 의해, 가스는 촉매 물질과 접촉하도록 유동되고, 불순물(예를 들어, 질소 산화물, 일산화탄소, 또는 메탄과 같은 탄화수소)은 원래의 불순물에 비해 바람직한 화학적 화합물로 화학적으로 전환(예를 들어, 화학적으로 환원 또는 화학적으로 산화)된다.
가스 정제 공정의 촉매의 조성은 또한 다양할 수 있고, 처리되는 가스의 유형, 처리되는 가스에 포함된 불순물의 유형, 불순물의 목적하는 제거 효율, 뿐만 아니라 다른 인자에 기초하여 선택될 수 있다. 가스의 유동에 포함된 불순물을 전환시키는데 유용한 것으로 공지된 촉매의 예는 특히 로듐, 백금, 팔라듐을 포함한다.
매체의 베드를 통해 가스를 유동시킴으로써 가스를 처리하는 가스 처리 장치는 매체를 수용하는 용기 ("매체 용기"), 및 매체를 통한 가스의 유동을 유도하도록 구성된 유동 제어부를 포함한다. 장비는 또한 가스가 매체 용기에 진입하기 전에 가스를 가열 ("예열")하는 데 사용되는 예열기를 포함한다.
설명된 가스 처리 장치의 예에 따르면, 유용한 장치는 입구 단부, 출구 단부, 단부들 사이에서 연장되는 길이, 및 길이를 따라 연장되고 매체 용기의 내부 체적을 형성하는 측벽을 갖는 매체 용기를 포함한다. 측벽은 금속과 같은 강성의 열 전도성 물질로 제조될 수 있다.
또한, 예시적인 장치에 따르면, 예열기의 일부는 매체 용기의 길이의 적어도 일부를 따라 매체 용기의 외부 표면에 인접하여 위치된다. 유용하거나 바람직한 예열기는 매체 용기의 외측 2차원 표면과 열 접촉하는 2차원 표면을 포함할 수 있다.
매체 용기와 "열 접촉하는" 예열기는 유용한 양의 열 에너지가 예열기의 표면으로부터 매체 용기의 표면으로 통과하는 것을 허용하도록 매체 용기의 2차원 표면 (예컨대, 측벽)에 충분히 근접하게 위치되는 2차원 표면 (예컨대, 측벽)을 갖는 예열기를 지칭하고; 유용한 양의 열 에너지는 예열된 가스를 매체 용기에 공급하기 위해 예열기를 사용하는 동안 예열기로부터 매체 용기로 통과하는 무시할 수 있는 양보다 많은 양의 열 에너지일 수 있다. 2개의 표면 사이를 통과할 수 있는 열 에너지의 양은 2개의 표면 구조 사이의 접촉의 거리 또는 양, 2개의 표면 구조의 조성 및 열 전도율, 및 2개의 표면 사이에 배치되는 임의의 (고체, 액체, 가스) 물질의 조성 및 형태에 따라 달라질 것이다.
예열기와 매체 용기 사이에 유용한 양의 열 접촉을 제공하기 위해, 예시적인 가스 처리 장치는 매체 용기의 측벽의 2차원 열 전도성 표면과 직접 접촉하는 예열기의 측벽의 2차원 열 전도성 표면으로 구성될 수 있다. 예열기의 측벽 구조는 매체 용기의 필수 구성요소가 아닌 별개의 물리적 구조로서 식별 가능하고, 2개의 상이한 측벽 구조는 서로 직접 물리적으로 접촉하여 예열기 측벽의 표면으로부터 매체 용기 측벽의 표면으로의 열 전도에 의한 열 에너지의 효율적인 전달을 허용한다.
대안적으로, 개별적으로 식별 가능하고 매체 용기 또는 예열기 중 하나와만 관련되는 매체 용기 및 예열기 각각의 개별 측벽은 작은 거리 또는 공간에 의해 분리될 수도 있고 여전히 열 접촉 상태에 있는 것으로 간주될 수도 있다. 2개의 측벽 사이의 공간은 비어 있거나 (즉, 공기로 채워진다) 또는 열 전도성 물질로 채워질 수 있다. 2개의 측벽 구조는, 구조 사이의 원하는 열 전달을 허용할 수 있을 정도로 충분히 작은 거리로부터 서로 대면되는 대향 표면을 가질 수 있다. 예시적인 거리는 비교적 작을 수 있는데, 예를 들어, 10 밀리미터 미만, 또는 5, 2, 또는 1 밀리미터 미만일 수 있다. 2개의 측벽 표면 사이에 존재하는 가스 또는 고체 물질 (예를 들어, 공기 또는 열 전도성 고체)은 2개의 측벽 사이의 열의 효율적인 전달을 허용할 수 있다.
대안적으로, 설명된 바와 같은 가스 처리 장치는 매체 용기의 측벽 및 예열기의 측벽이 단일 물리적 구조로부터 제조되는 방식으로 구성될 수 있다. 단일 측벽 구조는 측벽의 일 측면 (단일 측벽의 "내부") 상에서 매체 용기의 내부를 형성하는 기능을 하고, 또한 측벽의 대향 측면 (단일 측벽의 "외부") 상에서 예열기의 내부를 형성하는 기능을 한다.
대조적으로, 매체 용기 및 예열기의 측벽 구조는 2개의 구조가 본원에 설명된 바와 같은 가스 처리 단계 동안 예열기로부터 매체 용기로의 유용한 양의 열 에너지 전달을 허용하지 않는 방식으로 배열되면 서로 열 접촉하지 않는 것으로 간주된다. 이전의 가스 처리 시스템의 다양한 설계는 예열기 및 매체 용기를, 이들 2개가 서로 열 접촉하지 않는 상태로 배치한다.
예를 들어, 도 1을 참조하면, "독립형" 예열기(10)는 별도의 디바이스이고 매체 용기(20)로부터 이격된 거리에 위치된다. 2개의 유닛은 예열기(10)의 출구로부터 매체 용기(20)의 입구로 예열된 가스를 통과시키는 가스 유동 도관에 의해서만 연결된다. 예열기(10)는 히터(heater)(12)(구체적으로 도시되지 않음)를 사용하여 가열되고 절연 물질(18)에 의해 절연되는 내부 체적을 포함하며, 이들 각각은 일반적으로 예열기 구조의 외부 주연부 표면에 위치된다.
가스가 입구(14)로 진입하고, 히터(12) 근처의 주연부에서의 환형 체적을 통하는 것을 포함하여, 예열기(10)의 내부 체적을 통과한다. 예열기(10)의 내부 체적은 히터(12)를 사용하여 상승된 온도로 유지되어, 가스의 온도의 원하는 증가를 유발한다. 예열된 가스(22)는 출구(16) 외부로 유동하고 이어서 매체 용기(20)의 입력부(30)에 연결되는 도관(도시되지 않음)을 통해 유동된다. 매체 용기(20)는 매체(26)를 수용하는 내부를 포함하고 히터(24)(구체적으로 도시되지 않음) 및 절연 물질(28)에 의해 가열 및 절연되며, 이들 각각은 매체 용기(20)를 둘러싸도록 매체 용기(20)의 주연부에 위치된다. 예열기(10)로부터 매체 용기(20)로의 열 에너지의 교환은 예열기(10)로부터 매체 용기(20)로의 예열된 가스(22)의 유동과 함께 발생하는 교환으로 제한된다. 매체 용기(20)의 물리적 구조는 예열기(10)의 물리적 구조와 열 접촉하지 않는다.
도 2를 참조하면, 매체 용기(40) 및 매체 용기(40)의 입구(46)로부터 "상류" 위치에 위치된 예열기(42)를 포함하는 가스 처리 시스템(32)이 개략적으로 도시되어 있다. "상류"는 유동이 먼저 예열기를 통해, 이어서 매체 용기(40)를 통해 유도될 때의 시스템을 지칭한다. 도시된 바와 같이, 예열기(42)는 매체 용기(40)와 직렬로, 매체 용기(40)로부터 소정 거리에 위치되고 예열기가 간극 공간(50)에 의해 매체 용기로부터 분리되어 있는 디바이스이다. 예열기(42)는 예열된 가스가 예열기(42)의 출구(48)를 통과하는 간극 공간(50) (서모커플(thermocouple)(52)을 포함)을 통해 매체 용기(44)의 입구(46)에 연결된다. 예열기 및 매체 용기 시스템의 이러한 설계에서, 예열기(42)는 매체 용기와 "통합된" 것으로 지칭된다.
예열기(42)는 내부 체적(34) 및 필터(36)를 포함하고, 이들은 예열기(42)의 외부 표면에 위치될 수 있는 히터 (도시되지 않음)를 사용하여 가열되고, 각각이 일반적으로 예열기(42)의 주연부에 위치되는 절연 물질(38)에 의해 절연된다. 예열기(42)의 사용 중에, 가스의 유동은 입구(44)에 진입하고, 히터 근처의 주연부에서의 환형 체적을 통한 것을 포함하여, 예열기(42)의 내부 체적(34)을 통과한다. 히터는 내부 체적(34)을 상승된 온도로 가열하여 체적(34)을 통과하는 가스의 온도를 증가시킨다. 예열된 가스(60)는 출구(48)로부터 간극 공간(50)을 통해 유동하고, 이어서 입구(46)를 통해 매체 용기(40) 내로 유동한다. 매체 용기(40)는 매체(66)를 수용하는 내부를 포함하고, 각각이 매체 용기(40)의 외부 표면을 둘러싸는 히터(도시 생략) 및 절연 물질(38)에 의해 가열되고 절연된다.
매체 용기(40)와 예열기(42) 사이의 열 에너지의 교환은 예열기(42)로부터 매체 용기(40)로의 예열된 가스(60)의 유동과 함께 발생한다. 매체 용기(40)는 예열기(42)와 열 접촉하지 않는다. 매체 용기(40) 및 "통합된" 예열기(42)는 매체 용기(40)의 입구(46)와 직렬로 위치된 예열기(42)의 출구 단부로 구성된다. 예열기(42)의 어떠한 부분도 매체 용기(40)의 길이의 임의의 부분을 따라 연장되지 않고, 예열기의 측벽(68)의 2차원 표면은 매체 용기의 측벽(70)의 2차원 표면과 열 접촉하지 않는다.
도시된 바와 같이, 매체 용기(40)의 측벽(70) 및 예열기(42)의 측벽(68)은 매체 용기(40) 및 예열기(42) 둘 다의 길이를 따라 연장되는 단일편의 물질로 구성될 수도 있다. 매체 용기 및 예열기 둘 다의 측벽 구조로서 이러한 단일편의 물질의 사용은 적어도 물질을 따라, 물질의 두께를 통해 그리고 물질의 길이를 따라 통과될 수 있는 열 에너지의 양이 무시 가능하기 때문에, 매체 용기와 예열기 사이의 열 접촉을 일으키지 않는다.
이러한 이전의 설계와 대조적으로, 본 설명의 예시적인 예열기는 예를 들어 구조의 2차원 표면에 걸쳐 매체 용기와 열 접촉하는 물리적 구조를 포함한다. 매체 용기와 예열기 사이의 열 접촉은 유용하고 상당한 양의 열 에너지가 예열기로부터 매체 용기로의 열 전도에 의해 전달되게 한다.
열 에너지의 이러한 전달을 달성하기 위해, 예열기의 2차원 표면 부분은 매체 용기의 길이를 따라 매체 용기의 외부 2차원 표면에 물리적으로 인접하게 위치되고, 바람직하게는 매체 용기의 외부 표면과 직접 물리적으로 접촉할 수 있다. 바람직하게는, 예열기 측벽 및 매체 용기 측벽은 각각 양호한 열 전도율을 갖는 물질, 예를 들어 금속으로 만들어진다.
예시적인 가스 처리 장치 설계에 따르면, 예열기는 매체 용기의 길이를 따라 연장되는 내부 체적을 포함한다. 더 구체적으로, 예열기는 환형인 부분을 포함하는, 사용 중에 가스가 유동하는 총 내부 체적 ("환형 체적")을 포함한다. 환형 체적은 매체 용기 입구와 매체 용기 출구 사이의 매체 용기의 길이의 적어도 일부에 걸쳐 매체 용기의 외부 표면을 따라 위치되는 예열기의 일부를 따라 연장된다.
예시적인 예열기에서, 예열기 내부의 총 체적은 또한 매체 용기의 출구 단부에 인접하고 그와 직렬로 위치되는 비환형 (예를 들어, 원통형) 부분을 포함한다. 예열기의 전체 내부 체적의 이 부분은 본원에서 예열기의 "단부 체적"으로 지칭된다. 예시적인 단부 체적은 매체 용기의 단면 형상 및 크기와 대략 동일한 단면 형상 및 크기 (예를 들어, 직경)를 가질 수 있고 매체 용기의 길이에 평행한 방향으로 연장되는 길이를 가질 수 있다.
예열기의 사용에 따라, 예열기는 가스의 유동이 외부 위치와, 단부 체적 또는 환형 체적일 수 있는 예열기 내부 체적 사이를 통과할 수 있게 하는 하나 이상의 통로를 포함할 수 있다. 이러한 통로는 예열기의 외측 측벽 또는 단부벽을 통해 연장되고, "통로", "입구", 또는 "출구"로 지칭될 수 있다. 그러나, 통로는 전형적으로, 예열기 내로의 또는 예열기 밖으로의, 2개의 방향 중 어느 하나로의 가스의 유동을 허용할 수 있고, 통로는, 통로가 "입구" 또는 "출구"로 지칭되는지에 관계없이, 예열기를 사용하는 가스 처리 장치에 의해 수행되는 상이한 공정 단계 동안 입구 또는 출구로서 기능할 수 있다.
특정 유형의 예시적인 예열기에서, 예열기는 2개의 통로를 포함할 수 있다. 하나의 통로는 예열기의 환형 체적과 외부 위치 사이에서 가스의 유동을 허용하도록 위치될 수 있다. 예열기의 단부 체적과 외부 위치 사이에 가스의 유동을 허용하도록 상이한 통로가 위치될 수 있다.
대안적인 예에서, 예열기는 예열기의 환형 부분과 외부 위치 사이의 가스의 유동을 허용하도록 위치되는 단지 하나의 통로를 포함할 수 있다. 이 예는 예열기의 단부 체적과 외부 위치 사이를 직접 통과하는 제2 통로를 필요로 하지 않는다.
예시적인 장치에서, 매체 용기의 길이의 일부를 따라 매체 용기의 외부에 예열기를 배치하는 것은 장치의 유용하거나 유리한 특징을 허용한다. 이들은 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 예를 들어, 가스 유동 체적 및 가스 가열의 효율 및 균일성의 관점에서 예열기의 효율적인 성능; 예열기와 매체 용기의 결합을 위한 다수의 개별 가열 디바이스 및 절연 물질과 같은 장비를 지원하기 위한 감소된 요건; 본 설명의 설계의 감소된 크기 및 공간 요건에 기초한 구조적 이점; 또는 예열기를 통해 유동해야 하는 재생 가스의 감소된 압력 또는 유량과 같이 예열기를 통해 유동하는 가스의 더 온화한 작동 조건.
일반적으로, 설명된 바와 같은 예열기는 매체 용기에 전달되는 가스를 예열하는 데 사용될 때 개선된 효율로 수행될 수도 있다. 매체 용기의 길이를 따라, 바람직하게는 매체 용기와 열 접촉하는 매체 용기의 외측 표면에서의 예열기의 위치는, 매체 용기의 적어도 일부 및 매체 용기의 적어도 일부에 수용된 매체를 동시에 가열하면서, 예열기를 통해 유동하는 가스를 가열하는 고도로 효율적인 방법을 제공한다.
하나의 이점으로서, 예열기 및 매체 용기가 가스 처리 장치의 공유된 길이를 따라 위치되는 상태에서 매체 용기의 길이를 따른 예열기의 위치는 예열기 또는 장치의 총 크기를 감소시킬 수 있다. 예열기 및 매체 용기의 총 결합 체적은 대등한 매체 용기 및 "독립형" 예열기, 또는 대등한 매체 용기 및 "통합형" 예열기의 총 결합 체적에 비해 실질적으로 감소될 수 있다.
추가로, 매체 용기의 길이에 따른 매체 용기의 외부 표면에서의 예열기의 위치는 예열기 및 매체 용기를 가열하고 절연시키기 위해 요구되는 총 가열 요소 및 단열 물질의 감소된 크기 및 양을 허용할 수 있다. "독립형" 예열기 설계 및 "통합형" 예열기 설계 (도 1 및 도 2 참조) 모두는 예열기와 매체 용기 사이의 가열된 가스의 유동 이외에는 매체 용기와 예열기 사이의 임의의 상당한 양의 열 전달을 달성하지 못한다. 대조적으로, 설명된 바와 같은 예열기는 예열기 및 매체 용기의 측벽을 통한 열 전도에 의해 예열기로부터 매체 용기 내로 열 에너지가 유동하게 한다. 매체 용기와 열적으로 접촉하도록 위치된, 예열기를 가열 및 절연하는 데 사용되는 가열 요소 및 절연 물질은 예열기 및 매체 용기 (매체 용기의 적어도 일부) 모두를 동시에 가열 및 절연하는 기능을 한다.
또한 추가적으로, 매체 용기의 길이를 따라 매체 용기의 외부 표면에서의 예열기의 위치는 이전 설계에 비해 2개의 결합된 예열기 및 매체 용기 구조의 감소된 총 길이를 포함하는 콤팩트(compact)한 (효율적인) 총 크기의 단일 구조를 제공한다. 본 설명의 예열기 및 매체 용기의 총 결합 길이는 예를 들어 동일한 크기의 매체 용기를 포함하는 동일한 처리 용량을 갖는 "통합된" 예열기 및 대등한 매체 용기의 총 결합 길이에 비해 실질적으로 감소될 수도 있다.
일부 가스 처리 장치에서, 매체 용기에 대한 예열기의 체적은 상이한 설계, 예를 들어 도 1 및 도 2에 도시된 "독립형" 설계 또는 "통합형" 설계의 매체 용기에 대한 예열기의 상대 체적의 체적보다 작을 수 있다. 예시적인 설계에서, 본 설명의 가스 처리 시스템(예를 들어, 도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같음)의 예열기의 체적은 매체 용기의 체적의 50, 40, 30, 20 또는 10% 미만일 수 있다.
마찬가지로, 가스 처리 장치의 적용에 따라, 가스 처리 장치의 매체 용기를 통과하는 가스의 유량(체적 기준)에 대한 예열기를 통과할 가스의 유동의 유량(체적 기준)은 "독립형" 예열기 또는 "통합형" 예열기와 같이 상이한 설계의 예열기를 통과하도록 요구될 가스의 유동에 비해, 더 낮은 압력 또는 이들 모두로 감소될 수 있다. 예를 들어, 재생 가스를 예열하기 위해 사용되는 본 설명의 예열기는 재생 가스를 예열하기 위해 사용되는 "독립형" 설계의 예열기 또는 "통합형" 설계의 예열기에 요구되는 가스의 유량에 비해, 예열기를 통한 재생 가스의 체적 기준으로 상당히 더 작은 유량을 사용하여 재생 단계 동안 효과적으로 수행될 수 있다.
설명된 바와 같은 가스 처리 장치의 하나의 특정 예는 매체 용기 내에 수용된 흡착제를 포함하는 가스 정제 시스템이다. 도 3을 참조한다. 상업적 제조 공정에서 사용되는 원료 가스의 높은 수준의 순도를 제공하기 위해, 공정은 전형적으로 저장 용기에 수용되고 그로부터 전달되는 고도로 정제된 원료 가스 ("원료 가스")의 공급원으로 시작할 수 있다. 제조 공정에서 사용하기 위해 저장 용기로부터 원료 가스를 전달하기 전에, 원료 가스는 제조 공정의 위치에서 추가적인 (최종) 정제 단계에 의해 처리된다. 일반적인 기술에 의해서, 이러한 단계는 저장 용기로부터의 원료 가스를 입자 형태의 흡착 매체, 즉 흡착 매체 입자의 "베드"를 포함하는 가스 정제 시스템 내로 그리고 상기 가스 정제 시스템을 통해서 유동시킴으로써 수행된다. 가스 유동은 흡착 매체의 표면과 가스를 접촉시키기 위해 흡착 매체 입자의 베드를 통과하게 된다. 원료 가스가 흡착 매체의 표면과 접촉할 때, 원료 가스 내에 매우 낮은 수준으로 존재하는 불순물이 흡착 매체에 의해서 흡착되고 원료 가스로부터 제거된다.
가스 정제 시스템의 사용 기간 동안, 원료 가스로부터 제거되는 불순물은 흡착 매체 상에 흡착되고 흡착 매체 상에 점진적으로 축적될 것이다. 충분한 축적 후, 흡착 매체에 불순물로 로드(load)되고 덜 효과적이다. 매체는 교체되거나 "재생"될 수 있다. 매체를 재생하는 것은 매체가 원료 가스로부터 불순물을 제거하는 데에 다시 사용될 수 있도록 매체로부터 소정량의 축적된 불순물을 제거하는 공정을 지칭한다.
용기 내의 흡착 매체를 통해 가열된 가스 ("재생 가스")를 통과시킴으로써 정제 단계 중에 매체를 수용하는 데 사용된 흡착 매체가 흡착 용기 내에 남아 있는 상태로 재생 공정이 수행될 수도 있다. 재생 가스는 흡착 매체의 표면과 접촉하고, 매체 표면 상에 흡착되고 축적된 불순물은 표면으로부터 탈착되고 재생 가스의 유동에서 매체로부터 멀리 운반된다. 흡착된 불순물의 충분한 양을 흡착제로부터 제거함으로써, 재생된 흡착제는 원료 가스로부터 불순물을 제거하는 데 다시 유용하게 될 수 있다.
재생 가스는 흡착 매체와 접촉하기 전에 가열, 즉 예열될 수 있다. 가열된 재생 가스는 가열되지 않은 재생 가스에 비해 흡착 매체로부터 더 많은 양의 불순물을 제거할 수 있다.
도 3을 참조하면, 가스 내의 불순물을 흡착 매체 입자의 베드의 표면 상으로 흡착시키는 것에 의해서 가스를 정제하는 데 이용하기 위한, 그리고 흡착 매체로부터 불순물을 제거하기 위해서 가열된 재생 가스를 흡착 매체의 베드를 통과시키는 것에 의해서 흡착 매체를 재생하는 단계를 부가적으로 할 수 있는, 본원에서 설명된 바와 같은 가스 처리 장치의 예가 도시되어 있다.
가스 처리 장치(100)는 단일 가스 처리 장치의 일부로서 매체 용기 및 예열기를 포함한다. 예열기는 예열기를 통해 유동하는 재생 가스의 효과적인 예열을 제공하는 방식으로 매체 용기와 구조적으로 결합된다.
장치(100)는 매체 용기 내부(120) (도시된 바와 같이, 원통형)를 형성하는 매체 용기(110)를 포함하고, 매체 용기 내부는 매체 입자 (도시된 바와 같이)의 베드 형태의 매체(122)를 수용한다. 매체(122)는 흡착 물질의 입자일 수 있고, 가스 처리 장치(100)는 원료 가스가 매체(122)의 베드를 통해 유동하게 됨에 따라 불순물이 매체(122) 상에 흡착되게 함으로써 원료 가스로부터 불순물을 제거하기 위한 가스 정제 장치로서 사용될 수 있다.
매체 용기(110)는 입구(140), 출구(142), 및 입구와 출구 사이의 내부 체적(120)을 포함한다. 더 구체적으로, 매체 용기(110)는 매체 용기 입구 (개구)(140)를 포함하는 단부벽(134)을 포함하는 입구 단부(130)(도시된 바와 같이, 상부 또는 "상단" 위치에 있음)를 포함한다. 매체 용기(110)는 또한 매체 용기 출구 (하나 이상의 통로)(142)를 갖는 단부벽(136)을 포함하는 출구 단부(132) (하부 또는 "하단" 위치에 있음)를 포함한다. 매체 용기 내부(120)는 입구 단부벽(134), 출구 단부벽(136) 및 측벽(원통형으로 도시됨)(138)에 의해 형성된다. 매체 용기 출구(142)는 매체(122)의 입자의 크기보다 작은 크기를 갖는 다수의 개구를 포함하는 스크린(screen) 또는 천공된 플레이트(plate) 또는 디스크(disc)와 같은 지지 구조일 수 있다. 매체 용기 출구(142)는 이에 의해 가스의 유동이 용기(110)의 내부와 예열기(150)의 내부 사이를 통과하게 하면서 매체(122)의 입자를 지지할 수 있다.
예열기(150)는 매체 용기(110)의 하단 부분과 접촉하는 출구 단부에 그리고 매체 용기(110)의 외부의 길이의 적어도 일부를 따라 위치된다. 매체 용기(110)의 길이는 입구 단부벽(134)과 출구 단부벽(136) 사이의 거리이다.
예열기(150)는 선택적으로 그리고 도시된 바와 같이 매체 용기(110)의 측벽(138)과 동일한 구조인 내측 측벽(152)으로 만들어진다. 예열기(150)는 또한 내측 측벽(152)에 대향하는 위치에 외측 측벽(154)을 포함한다. 예열기(150)는 또한 예열기 출구(158) 및 예열기 입구(162)를 포함한다.
예열기(150)는 2개의 부분: 환형 체적(160a) 및 단부 체적(160b)을 포함하는 예열기 내부 체적(160)을 포함한다. 환형 체적(160a)은 내측면 상의 내측 측벽(152) 및 외측면 상의 외측 측벽(154)에 의해 경계지어지고 형성되며 매체 용기(110)의 길이의 일부를 따라 연장되는 실질적으로 환형 형상을 갖는 체적이다. 단부 체적(160b)은 단부 체적(160b)의 일 측면(상단 측면) 상의 매체 용기 단부벽(136)에 의해 그리고 단부 체적(160b)의 대향 측면(하단 측면) 상의 예열기 단부벽(156)에 의해 경계지어지고 형성되는 실질적으로 평탄화된 원통형 형상(직경보다 실질적으로 작은 높이 (매체 용기(110)의 길이 방향으로)을 가진다)을 갖는 체적이다.
절연 또는 가열 층(170)은 히터, 절연성 (낮은 열 전도율) 물질, 또는 둘 다를 포함할 수 있고, 예열기(150) 및 용기(110) 둘 다를 둘러싸도록 예열기(150) 및 용기(110) 상에 걸쳐 위치된다. 장치(100)의 길이의 하부 부분을 따른 예열기(150)의 위치에서, 용기(110)의 출구 단부에서, 가열 층(170)의 히터로부터의 열은 예열기(150)의 내부 체적을 통해 유동하는 가스를 가열하기 위해 예열기(150) 내로 유동한다. 또한, 열은 측벽(152) (또한 측벽(138))을 통한 열 전도에 의해 예열기(150)로부터 용기(110) 내로 통과할 수 있다.
사용 시에, 장치(100)는, 예를 들어 반도체 또는 마이크로전자 디바이스를 제조하기 위한 제조 공정 (도시되지 않음)에서 사용하기 위해 제공되는 원료 가스를 처리 (정제)하기 위한 가스 정제 장치로서 사용될 수 있다. 이러한 사용을 위해, 비교적 높은 수준의 순도의 원료 가스가 매체 용기 입구(140)를 통해 매체 용기(110) 내로 유동될 수 있다. 원료 가스가 용기(110)를 통과하고, 흡착 매체(122)의 표면과 접촉하고, 매체 용기 출구(142)를 통과하고, 이어서 예열기(150)의 단부 체적(160b)을 통과하고 예열기 출구(158)를 통해 예열기(150)를 빠져나간다. 예열기 입구(162)의 밸브는 이 공정 동안 폐쇄되고, 가스의 유동은 입구(162)를 통과하는 것이 가능하지 않다.
예열기 출구(158)는 예열기 출구(158)를 빠져나가는 처리된 원료 가스를 수용할 반도체 또는 마이크로전자 디바이스 제조 시스템과 같은 제조 디바이스에 직접 또는 간접적으로 연결된다.
예열기 출구(158)를 빠져나가는 원료 가스는 입구(140)에서 용기(110)로 진입하는 원료 가스에 비해 감소된 수준의 불순물을 갖는다. 원료 가스가 용기(110)를 통과하고 매체(122)와 접촉함에 따라, 원료 가스의 불순물은 흡착 매체(122)의 표면 상에 흡착되고 축적된다. 사용 중에 소정량의 불순물이 축적된 후, 매체(122)는 덜 유용해지고 재생 가스가 매체(122)로부터 소정량의 축적된 불순물을 제거(탈착)하는 방식으로 매체(122)를 재생 가스와 접촉시킴으로써 재생될 수 있다.
예시적인 시스템에서, 재생 가스는 용기(110)를 통한 원료 가스의 유동의 방향과 반대인 방향으로 용기(110)를 통해 유동할 수 있고, 즉, 정제 단계 동안 원료 가스는 상단에서 하단으로 (예시된 바와 같이), 입구(140)에서 출구(142)로 유동하고, 재생 단계 동안 재생 가스는 하단에서 상단으로, 출구(142) (현재 입구로서 기능한다)에서 입구(140)(현재 출구로서 기능)로 유동한다.
도 3에 도시된 바와 같은 시스템에서, 재생 가스는 예열기(150)를 사용하여 예열될 수 있고, 예열된 재생 가스는 예열기 내부 공간으로부터 용기 출구(142)를 통해 매체 용기(110)의 내부(120)로 유동할 것이다. 재생 가스는, 가열이 예열기를 가열하는 동안, 재생 가스가 입구(162)를 통해, 예열기(150)의 내부 체적(160)을 통해, 이어서 매체 용기 출구(142)(입구로서 작용)를 통해 그리고 매체 용기(110)의 내부(120) 내로 그리고 그를 통해 유동하게 함으로써 예열될 수 있다.
입구(162)를 통해 예열기의 내부 체적(160) 내로 통과할 때, 재생 가스의 온도는 주위 온도(예를 들어, 섭씨 23도) 또는 대략 주위 온도, 예를 들어 화씨 20 내지 25도 범위의 온도와 같은 임의의 유용한 온도일 수 있다. 예열기 및 예열된 가스의 온도는 임의의 유용한 온도, 예를 들어 적어도 섭씨 200도의 온도, 예를 들어 210 내지 350℃ 범위의 온도일 수 있다.
예열된 재생 가스는 매체 용기(110)를 통과하여 매체(122)와 접촉하고 매체(122)의 표면 상에 존재하는 축적된 불순물이 재생 가스에 의해 탈착되고 흡착 매체 표면으로부터 제거되게 한다. 재생 가스는 흡착 매체(122)로부터 탈착 및 제거된 불순물을 운반하면서 용기 "입구"(140)(출구로서 기능)를 통해 유동함으로써 용기(110)를 빠져나간다.
특정 예시적인 가스 정제 장치에서, 재생 단계 동안 예열기 및 매체 용기를 통한 재생 가스의 유량은 원료 가스를 정제하는 단계 동안 매체 용기 및 예열기를 통한 원료 가스의 유량보다 낮을 수 있다.
매체 용기를 통한 원료 가스의 유량은 특히 가스의 유형, 매체 (촉매, 흡착제)의 유형, 및 제거될 불순물의 유형 및 양에 따라 달라질 수 있다. "시간당 정규 입방 미터" (NM3/hr)의 관점에서, 매체 용기를 통한 원료 가스의 유량의 예는 10 내지 200 NM3/hr, 예로서 20 내지 160 NM3/hr의 범위일 수도 있다.
설명된 바와 같은 가스 처리 장치를 사용하는 예시적인 방법에 따르면, 재생 단계 동안, 재생 가스의 유량은 정제 단계 동안 매체 용기를 통해 유동하는 원료 가스의 유량의 일부일 수 있다. 재생 가스의 유량은, 예를 들어, 정제 단계 동안 매체 용기를 통한 원료 가스의 유량의 50, 40, 30, 20, 15, 또는 10 퍼센트 미만일 수 있다. 예열기가 더 작은 크기, 예를 들어 체적으로 구축될 수 있기 때문에, 정제 단계 동안의 원료 가스의 유량에 비해 상당히 더 낮은 재생 가스의 유량을 사용하여 재생 단계를 수행하는 능력이 유리할 수 있다.
마찬가지로, 예열기를 통해 유동하는 재생 가스의 압력은 정제 단계 동안 매체 용기를 통과하는 원료 가스의 압력의 일부일 수 있다. 정제 단계 동안 매체 용기 내의 원료 가스의 압력은 제곱 인치당 1 내지 300 파운드 게이지(psig)의 범위일 수 있다. 재생 단계 동안, 기재된 바와 같은 예열기 내의 재생 가스의 압력은 제곱 인치당 1 내지 60 파운드 게이지(psig)의 범위일 수 있다. 달리 말하면, 재생 단계 동안 예열기를 통해 유동하는 재생 가스의 압력(psig)은 정제 단계 동안 매체 용기를 통해 유동하는 원료 가스의 압력(psig)의 50, 40, 또는 30% 미만일 수 있다.
표 1은 기재된 바와 같은 흡착제-유형 가스 정제 시스템을 통해 원료 가스를 통과시킴으로써, 정제 단계에서 다양한 유형의 원료 가스 (상단 행에 열거됨)를 처리하는 데 사용될 수 있는 물질 및 작동 조건의 예를 도시한다.
표 1은 또한, 본원에 설명된 바와 같은 가스 처리 장치에 유용한 물질 (재생 가스 "(재생가스)") 및 공정 파라미터들의 예를 도시한다. 표는 정제 단계를 거치는 원료 가스 (상단 행), 정제 단계 동안의 원료 가스의 예시적인 유량, 흡착 매체를 재생하기 위해 사용되는 재생 가스의 화학적 구성, 재생 가스의 예시적인 유량, 및 재생 동안의 예시적인 최대 온도를 설명한다.
표 1
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본 설명의 가스 처리 장치는 여러 유형의 매체와 함께 사용될 수 있다. 도 4를 참조하면, 촉매 입자의 베드를 통해 가스를 통과시킴으로써 가스를 정제하는 데 사용하기 위한 본원에 기재된 바와 같은 가스-처리 장치의 예가 도시되어 있다.
가스 처리 장치(200)는 단일 (결합된) 가스 처리 장치의 일부로서 매체 용기 및 예열기를 포함한다. 예열기는 예열기, 이어서 매체 용기를 통해 유동하는 원료 가스의 효과적인 예열을 제공하는 방식으로 매체 용기와 구조적으로 결합된다.
장치(200)는 (도시된 바와 같이) 촉매 입자의 베드 형태의 매체(222)를 수용하는 매체 용기 내부(220) (도시된 바와 같이, 원통형)를 형성하는 매체 용기(210)를 포함한다. 매체(222)는 촉매 입자의 입자일 수 있다. 가스 처리 장치(200)는 원료 가스가 베드를 통해 유동하여 촉매 입자(222)와 접촉하게 됨에 따라 촉매 표면과 불순물의 반응에 의해 원료 가스로부터 불순물을 제거 (예를 들어, 화학적으로 변경)하기 위한 가스 정제 장치로서 사용될 수 있다.
매체 용기(210)는 입구(240), 출구(242), 및 입구와 출구 사이의 내부 체적(220)을 포함한다. 더 구체적으로, 매체 용기(210)는 하나 이상의 매체 용기 입구(개구)(240)를 포함하는 단부벽(234)을 포함하는 입구 단부(230) (도시된 바와 같이, 상부 또는 "상단"에 위치)를 포함한다. 매체 용기(210)는 또한 단부벽(236)을 포함하는 출구 단부(232)(하부 또는 "하단"에 위치)를 포함한다. 매체 용기 내부(220)는 입구 단부벽(234), 출구 단부벽(236) 및 측벽 (원통형으로 도시됨)(238)에 의해 형성된다. 매체 용기 출구 단부(232)는 매체(222)의 입자의 크기보다 작은 크기를 갖는 다수의 개구를 포함하는 스크린 또는 천공된 플레이트 또는 디스크와 같은 지지 구조를 포함할 수 있다. 매체 용기 출구 단부(232)는 이에 의해 가스의 유동이 용기(210)의 내부와 출구(242) 사이를 통과하게 하면서 매체(222)의 입자를 지지할 수 있다.
장치(200)는 또한 매체 용기(210)의 상부 부분과 접촉하는 입구 단부에 그리고 매체 용기(210)의 외부의 길이의 적어도 일부를 따라 위치된 예열기(250)를 포함한다. 매체 용기(210)의 길이는 입구 단부벽(234)과 출구 단부벽(236) 사이의 거리이다.
예열기(250)는 선택적으로 그리고 도시된 바와 같이 매체 용기(210)의 측벽(238)과 동일한 구조인 내측 측벽(252)으로 만들어진다. 예열기(250)는 또한 내측 측벽(252)에 대향하는 위치에 외측 측벽(254)을 포함한다. 예열기(250)는 또한 예열기 입구(262)를 포함한다.
예열기(250)는 2개의 부분: 환형 체적(260a) 및 단부 체적(260b)을 포함하는 예열기 내부 체적(260)을 포함한다. 환형 체적(260a)은 내측면 상의 내측 측벽(252) 및 외측면 상의 외측 측벽(254)에 의해 경계지어지고 형성되며 매체 용기(210)의 길이의 일부를 따라 연장되는 실질적으로 환형 형상을 갖는 체적이다. 단부 체적(260b)은 단부 체적(260b)의 일 측면 (도시된 바와 같이, 하단 측면) 상의 매체 용기 단부벽(234)에 의해 그리고 단부 체적(260b)의 대향 측면(도시된 바와 같이, 상단 측면) 상의 예열기 단부벽(256)에 의해 형성되고 경계지어지는 실질적으로 평탄화된 원통형 형상(실질적으로 직경보다 작은 높이 (매체 용기(210)의 길이 방향으로)을 가짐)을 갖는 체적이다.
절연 또는 가열 층(270)은 히터, 절연성 (낮은 열 전도율) 물질, 또는 둘 다를 포함할 수 있고, 예열기(250) 및 매체 용기(210) 둘 다를 둘러싸도록 예열기(250) 및 매체 용기(210) 상에 걸쳐 위치된다. 장치(200)의 길이의 상부 부분을 따른 예열기(250)의 위치에서, 용기(210)의 입구 단부에서, 가열 층(270)의 히터로부터의 열은 예열기(250)의 내부 체적을 통해 유동하는 가스를 가열하기 위해 예열기(250) 내로 유동한다. 열은 또한 예열기(250)로부터 측벽(252) (또한 측벽(238))을 통해 용기(210) 내로 통과할 수 있다.
사용 시에, 장치(200)는, 예를 들어 반도체 또는 마이크로전자 디바이스를 제조하기 위한 제조 공정 (도시되지 않음)에서 사용하기 위한 정제된 원료 가스로서 제공되는 원료 가스를 처리 (정제)하기 위한 가스 정제 장치로서 사용될 수 있다. 이러한 사용을 위해, 비교적 높은 수준의 순도의 원료 가스가 예열기(250)를 사용하여 예열된 후에 매체 용기 입구(240)를 통해 매체 용기(210) 내로 유동될 수 있다. 원료 가스는 예열기 입구(262)를 통해, 예열기(250)의 체적(160)을 통해, 입구(240)를 통해 그리고, 매체 용기(210) 내로 통과한다.
입구(262)를 통해 예열기의 내부 체적(260) 내로 통과할 때, 원료 가스의 온도는 주위 온도(예를 들어, 섭씨 23도) 또는 대략 주위 온도, 예를 들어 섭씨 20 내지 25도 범위의 온도와 같은 임의의 유용한 온도일 수 있다. 예열기 및 예열된 가스의 온도는 임의의 유용한 온도, 예를 들어 적어도 섭씨 200도의 온도, 예를 들어 210 내지 350℃ 범위의 온도일 수 있다.
예열된 가스는 촉매 입자(222)의 베드를 통과하고, 이어서 매체 용기 출구(242)를 통과한다. 출구(242)는 예열기 출구(242)를 빠져나가는 처리된 원료 가스를 수용할 반도체 또는 마이크로전자 디바이스 제조 시스템과 같은 제조 디바이스에 직접 또는 간접적으로 연결된다. 예열기 출구(242)를 빠져나가는 원료 가스는 입구(262)에서 예열기(250)에 진입하는 원료 가스에 비해 감소된 수준의 불순물을 갖는다.
설명된 바와 같은 예열기의 특정 예에서, 환형 체적 및 단부 체적을 포함하는 내부 체적은 더 구체적으로, 예열기의 효율을 증가시키기 위해, 환형 체적을 통해 유동 가스를 유도하기 위한 채널을 포함하는 측벽에 의해 형성되는 환형 체적을 포함할 수 있다. 환형 체적을 위한 유용한 유동 채널의 일 예는 예열기 입구로부터 예열기의 단부 체적으로 진행하면서, 매체 용기의 주연부 주위를 여러 번 권취하는 나선형 경로를 통한 가스의 유동을 유발하는 나선형 유동 채널이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 예열기의 환형 공간을 통한 가스의 나선형 유동 경로를 유발하는 예열기 측벽 구조의 일 예가 도시되어 있다. 예열기(350) 및 매체 용기(310)를 포함하는 가스 처리 장치(300)의 일부가 도시되어 있다.
도 5a는 예열기의 측벽 표면 및 내부를 도시하는 절결도이다. 도 5b는 매체 용기의 내부와 예열기 측벽 및 내부의 단면을 도시하는 단면도이다.
예열기(350)는 2개의 부분: 환형 체적(360a) 및 단부 체적(360b)을 포함하는 예열기 내부 체적(360)을 포함한다. 환형 체적(360a)은 내측면 상의 내측 측벽(352)의 홈형 표면 및 외측면 상의 비홈형 외측 측벽(354)에 의해 경계지어지고 형성되는 실질적으로 환형 형상을 갖는 체적이다. 환형 체적(360a)은 매체(302)(도 5b에 도시되어 있지만 5a에는 도시되지 않음)을 수용하는 매체 용기(310)의 길이의 일부를 따라 연장된다. 열전대(312)는 도 5a에 도시되어 있다.
도시된 바와 같이, 홈형 내측 측벽(352)은 라운딩된 홈(370)을 갖는 표면을 포함하고, 이는 예열기 입구(356)와 단부 체적(360b) 사이에서 매체 용기(310) 주위에 원주방향으로 연장되는 나선형 채널(380)을 생성한다. 환형 체적(360a)의 (도시된 바와 같은) 상부 위치에 있는 입구(356)의 위치에서, 환형 체적은 연속적인 원형-환형 공간(358)을 포함하고, 연속적인 원형-환형 공간은 입구(356)의 길이방향 위치에서 매체 용기(310)의 원주부 주위에서 완전히 비-나선형 원형 경로로 연장된다. 환형 체적(360a)의 특히 바람직한 예에서, 나선형 채널(380)은 입구(356)로부터 원주방향으로 대향하는 위치에서 원형-환형 공간(358)과 만나며, 즉, 나선형 채널(380)은 환형 체적(360a)의 원주부에 대해 입구(356)로부터 180도인 위치에서 원형-환형 공간(358)과 만난다.
사용 시에, 가스 (예를 들어, 재생 가스 또는 원료 가스)는 입구(356) (유동 방향을 지시하는 화살표 참조) 내로 통과하고, 원형-환형 공간(358)에 진입하고, 환형 체적(160a)의 원주부 주위로 절반 정도 (180도) 유동하고 나선형 채널(358)의 상부 (도시되어 있는 바와 같이) 단부에 진입한다. 가스는 단부 체적(360b)으로 이어지는 나선형 경로로 환형 체적(160a)을 통해 유동한다. 나선형 채널(358)을 통한 유동 동안, 외측 측벽(354)과 접촉하는 히터 (이제 도시됨)는 가스를 가열하고 가스의 온도를 원하는 온도로 상승시킨다. 예열된 가스는 단부 체적(360b)에 진입한 다음, 매체 용기(310)의 내부(304)로 통과하여, 매체(302)의 베드를 통과한다.
제1 실시예에서, 가스 처리 장치는 매체 용기 입구를 포함하는 매체 용기 입구 단부, 매체 용기 출구를 포함하는 매체 용기 출구 단부, 입구 단부와 출구 단부 사이에서 일 길이로 연장되는 매체 용기 측벽, 및 입구 단부와 출구 단부 사이에서 연장되는 매체 용기 내부를 포함하는 매체 용기; 및 매체 용기 측벽의 길이를 따라 위치된 가스 예열기를 포함한다
또한, 제1 실시예에 따른 제2 실시예가 개시되며, 가스 예열기는 매체 용기 측벽과 열 접촉한다.
또한, 제1 또는 제2 실시예에 따른 제3 실시예가 개시되며, 가스 예열기는 매체 용기 측벽의 원주부 주위로 연장된다.
또한, 이전 실시예들 중 어느 하나에 따른 제4 실시예가 개시되며, 예열기는 출구 단부로부터 매체 용기 측벽의 길이의 일부를 따라 연장된다.
또한, 이전 실시예들 중 어느 하나에 따른 제5 실시예가 개시되며, 예열기의 적어도 일부와 열 접촉하는 가열 요소를 더 포함하고, 예열기는 매체 용기 측벽과 가열 요소 사이에 배치된다.
또한, 이전 실시예들 중 어느 하나에 따른 제6 실시예가 개시되며, 예열기의 적어도 일부를 덮는 단열부를 더 포함하고, 예열기는 매체 용기와 단열부 사이에 배치된다.
또한, 이전 실시예들 중 어느 하나에 따른 제7 실시예가 개시되며, 매체 용기 출구에 천공된 단부벽을 더 포함하고, 천공된 단부벽은 매체 용기 내부를 예열기의 내부로부터 분리한다.
또한, 이전 실시예들 중 어느 하나에 따른 제8 실시예가 개시되며, 예열기는 매체 용기 내부의 체적의 30% 미만인 예열기 내부 체적을 갖는다.
또한, 이전 실시예 중 임의의 실시예에 따른 제9 실시예가 개시되며, 장치는 가스가 외부 위치와 예열기 내부 사이를 통과할 수 있게 하는 예열기 입구를 포함하고, 예열기 입구는 매체 용기 입구 단부와 매체 용기 출구 단부 사이에 위치된다.
또한, 제9 실시예에 따른 제10 실시예가 개시되며, 이는 가스가 외부 위치와 예열기 내부 사이를 통과할 수 있게 하는 예열기 출구, 및 매체 용기의 출구 단부에 있으며 가스가 예열기 내부와 매체 용기 내부 사이를 통과할 수 있게 하는 개구를 더 포함한다.
또한, 이전 실시예들 중 어느 하나에 따른 제11 실시예가 개시되며, 예열기는 매체 용기 측벽의 길이의 일부를 따라 그리고 측벽의 주연부 주위로 연장되는 내측 측벽, 매체 용기 측벽의 길이의 일부를 따라 그리고 측벽의 주연부 주위로 연장되는 외측 측벽, 매체 용기 출구로부터 이격된 예열기 단부벽, 및 예열기 내부 체적을 포함하고, 예열기 내부 체적은 내측 측벽 및 외측 측벽에 의해 경계지어지는 환형 체적, 및 매체 용기 출구의 단부 및 예열기 단부벽에 의해 경계지어지는 단부 체적을 포함한다.
또한, 제11 실시예에 따른 제12 실시예가 개시되며, 환형 체적은 가스가 환형 체적의 원주부 주위에서 나선형 경로로 환형 체적을 통해 유동하게 하는 나선형 채널을 포함한다.
또한, 이전 실시예 중 어느 하나에 따른 제13 실시예가 개시되며, 매체 용기는 흡착 매체 및 촉매로부터 선택된 매체를 포함한다.
제14 실시예에서, 가스 처리 장치를 사용하는 방법이며, 장치는 매체 용기 입구를 포함하는 매체 용기 입구 단부, 매체 용기 출구를 포함하는 매체 용기 출구 단부, 입구 단부와 출구 단부 사이에서 일 길이로 연장되는 매체 용기 측벽, 입구 단부와 출구 단부 사이에서 연장되는 매체 용기 내부, 및 내부에 수용된 매체를 포함하는 매체 용기; 매체 용기 측벽의 길이를 따라 위치된 가스 예열기; 및 예열기의 적어도 일부를 덮는 가열 요소를 포함하고, 방법은 예열기를 통해 가스를 유동시켜 가스를 예열하는 단계, 및 예열된 가스를 매체 용기 내부를 통해 그리고 매체와 접촉시켜 통과시키는 단계를 포함한다.
또한, 매체가 흡착 매체이고 가스가 재생 가스인, 제14 실시예에 따른 제15 실시예가 개시되며, 그러한 방법은: 원료 가스를 매체 용기 내부를 통해 그리고 흡착 매체와 접촉시켜 유동시켜 원료 가스에 포함된 불순물이 흡착 매체에 의해 흡착되고 공정 가스로부터 제거될 수 있게 하는 단계; 원료 가스를 매체 용기 내부를 통해 유동시킨 후에, 예열기를 통해 재생 가스를 유동시켜 재생 가스를 예열하는 단계; 및 예열된 재생 가스를 매체 용기 내부를 통해 그리고 흡착 매체와 접촉시켜 유동시키는 단계를 포함한다.
또한, 제15 실시예에 따른 제16 실시예가 개시되고, 장치는: 가스가 외부 위치와 예열기 내부 사이를 통과할 수 있게 하는 예열기 입구로서, 매체 용기 입구 단부와 매체 용기 출구 단부 사이에 위치되는, 예열기 입구, 가스가 외부 위치와 예열기 내부 사이를 통과할 수 있게 하는 예열기 출구, 및 매체 용기의 출구 단부에 있으며 가스가 예열기 내부와 매체 용기 내부 사이를 통과할 수 있게 하는 개구를 포함하고, 방법은: 공정 가스가 매체 용기 입구를 통해 매체 용기 내부로 진입하고, 공정 가스가 매체 용기 출구를 통해 매체 용기 내부를 떠나 예열기 내부로 통과하고, 공정 가스가 예열기 출구를 통해 예열기 내부로부터 유출되는 것을 포함한다.
또한, 제16 실시예에 따른 제17 실시예가 개시되며, 여기서 재생 가스는 예열기 입구를 통해 예열기 내부로 진입하고, 재생 가스는 매체 용기 출구를 통해 예열기 내부를 떠나 매체 용기 내부로 통과하고, 재생 가스는 매체 용기 입구를 통해 매체 용기 내부로부터 유출된다.
또한, 제14 실시예 내지 제17 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 제18 실시예가 개시되며, 이는 원료 가스를 원료 가스 유량으로 매체 용기 내부를 통해 유동시키는 것, 및 재생 가스를 원료 가스 유량보다 작은 재생 가스 유량으로 예열기를 통해 유동시키는 것을 더 포함한다.
또한, 제18 실시예에 따른 제19 실시예가 개시되며, 여기서 재생 가스 유량은 공정 가스 유량의 50 퍼센트 미만이다.
또한, 제14 실시예 내지 제19 실시예 중 어느 하나에 따른 제20 실시예가 개시되며, 여기서 원료 가스를 원료 가스 압력에서 내부를 통해 유동시키는 것, 및 재생 가스를 원료 가스 압력보다 낮은 재생 가스 압력에서 예열기를 통해 유동시키는 것을 더 포함한다.
또한, 제20 실시예에 따른 제21 실시예가 개시되며, 여기서 재생 가스 압력은 원료 가스 압력의 50% 미만이다.
또한, 제15 실시예 내지 제21 실시예 중 어느 하나에 따른 제22 실시예가 개시되고, 원료 가스는 질소, 아르곤, 수소, 암모니아, 이산화탄소, 청정 건조 공기, 및 산소로부터 선택된다.
또한, 제14 실시예에 따른 제23 실시예가 개시되며, 여기서 매체는 촉매를 포함하고, 가스는 질소, 아르곤, 수소, 이산화탄소, 청정 건조 공기, 및 산소로부터 선택된 원료 가스이다.
또한, 제14 및 제15 실시예에 따른 제24 실시예가 개시되며, 여기서 불순물은 질소 산화물, 일산화탄소 또는 탄화수소이다.
또한, 제14 및 제15 실시예에 따른 제25 실시예가 개시되며, 여기서 불순물은 메탄이다.

Claims (25)

  1. 가스 처리 장치이며,
    매체 용기로서,
    매체 용기 입구를 포함하는 매체 용기 입구 단부,
    매체 용기 출구를 포함하는 매체 용기 출구 단부,
    입구 단부와 출구 단부 사이에서 일 길이로 연장되는 매체 용기 측벽, 및
    입구 단부와 출구 단부 사이에서 연장되는 매체 용기 내부
    를 포함하는, 매체 용기; 및
    매체 용기 측벽의 길이를 따라 위치된 가스 예열기
    를 포함하는, 가스 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    가스 예열기는 매체 용기 측벽과 열 접촉하는, 가스 처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    가스 예열기는 매체 용기 측벽의 원주부 주위로 연장되는, 가스 처리 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    가스 예열기는 출구 단부로부터 매체 용기 측벽의 길이의 일부를 따라 연장되는, 가스 처리 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    가스 예열기의 적어도 일부와 열 접촉하는 가열 요소를 더 포함하고, 가스 예열기는 매체 용기 측벽과 가열 요소 사이에 배치되는, 가스 처리 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    가스 예열기의 적어도 일부를 덮는 단열부를 더 포함하고, 가스 예열기는 매체 용기와 단열부 사이에 배치되는, 가스 처리 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    매체 용기 출구에 천공된 단부벽을 더 포함하고, 천공된 단부벽은 매체 용기 내부를 가스 예열기의 내부로부터 분리하는, 가스 처리 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    가스 예열기는 매체 용기 내부의 체적의 30% 미만인 예열기 내부 체적을 갖는, 가스 처리 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    장치는 가스가 외부 위치와 예열기 내부 사이를 통과할 수 있게 하는 예열기 입구를 포함하고, 예열기 입구는 매체 용기 입구 단부와 매체 용기 출구 단부 사이에 위치되는, 가스 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    가스가 외부 위치와 예열기 내부 사이를 통과할 수 있게 하는 예열기 출구, 및
    매체 용기의 출구 단부에 있으며 가스가 예열기 내부와 매체 용기 내부 사이를 통과할 수 있게 하는 개구
    를 더 포함하는, 가스 처리 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    가스 예열기는,
    매체 용기 측벽의 길이의 일부를 따라 그리고 측벽의 주연부 주위로 연장되는 내측 측벽,
    매체 용기 측벽의 길이의 일부를 따라 그리고 측벽의 주연부 주위로 연장되는 외측 측벽,
    매체 용기 출구로부터 이격된 예열기 단부벽, 및
    예열기 내부 체적으로서,
    내측 측벽 및 외측 측벽에 의해 경계지어지는 환형 체적, 및
    매체 용기 출구의 단부 및 예열기 단부벽에 의해 경계지어지는 단부 체적
    을 포함하는, 예열기 내부 체적
    을 포함하는, 가스 처리 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    환형 체적은 가스가 환형 체적의 원주부 주위에서 나선형 경로로 환형 체적을 통해 유동하게 하는 나선형 채널을 포함하는, 가스 처리 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    매체 용기가 흡착 매체 및 촉매로부터 선택된 매체를 포함하는, 가스 처리 장치.
  14. 가스 처리 장치를 사용하는 방법이며,
    상기 장치는,
    매체 용기로서,
    매체 용기 입구를 포함하는 매체 용기 입구 단부,
    매체 용기 출구를 포함하는 매체 용기 출구 단부,
    입구 단부와 출구 단부 사이에서 일 길이로 연장되는 매체 용기 측벽,
    입구 단부와 출구 단부 사이에서 연장되는 매체 용기 내부, 및
    내부에 수용된 매체
    를 포함하는, 매체 용기;
    매체 용기 측벽의 길이를 따라 위치된 가스 예열기; 및
    예열기의 적어도 일부를 덮는 가열 요소
    를 포함하고,
    상기 방법은,
    가스 예열기를 통해 가스를 유동시켜 가스를 예열하는 단계, 및
    예열된 가스를 매체 용기 내부를 통해 그리고 매체와 접촉시켜 통과시키는 단계
    를 포함하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    매체는 흡착 매체이고 가스는 재생 가스이며,
    상기 방법은,
    원료 가스를 매체 용기 내부를 통해 그리고 흡착 매체와 접촉시켜 유동시켜 원료 가스에 포함된 불순물이 흡착 매체에 의해 흡착되고 공정 가스로부터 제거될 수 있게 하는 단계,
    원료 가스를 매체 용기 내부를 통해 유동시킨 후에,
    가스 예열기를 통해 재생 가스를 유동시켜 재생 가스를 예열하는 단계, 및
    예열된 재생 가스를 매체 용기 내부를 통해 그리고 흡착 매체와 접촉시켜 유동시키는 단계
    를 포함하는, 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 장치는,
    가스가 외부 위치와 예열기 내부 사이를 통과할 수 있게 하는 예열기 입구로서, 매체 용기 입구 단부와 매체 용기 출구 단부 사이에 위치되는, 예열기 입구,
    가스가 외부 위치와 예열기 내부 사이를 통과할 수 있게 하는 예열기 출구, 및
    매체 용기의 출구 단부에 있으며 가스가 예열기 내부와 매체 용기 내부 사이를 통과할 수 있게 하는 개구
    를 포함하고,
    상기 방법은,
    공정 가스가 매체 용기 입구를 통해 매체 용기 내부로 진입하고,
    공정 가스가 매체 용기 출구를 통해 매체 용기 내부를 떠나 예열기 내부로 통과하고,
    공정 가스가 예열기 출구를 통해 예열기 내부로부터 유출되는 것
    을 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    재생 가스는 예열기 입구를 통해 예열기 내부로 진입하고,
    재생 가스는 매체 용기 출구를 통해 예열기 내부를 떠나 매체 용기 내부로 통과하고,
    재생 가스는 매체 용기 입구를 통해 매체 용기 내부로부터 유출되는, 방법.
  18. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    원료 가스를 원료 가스 유량으로 매체 용기 내부를 통해 유동시키는 것, 및
    재생 가스를 원료 가스 유량보다 작은 재생 가스 유량으로 가스 예열기를 통해 유동시키는 것을 더 포함하는, 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    재생 가스 유량이 공정 가스 유량의 50% 미만인 방법.
  20. 제15항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    원료 가스를 원료 가스 압력에서 내부를 통해 유동시키는 것, 및
    재생 가스를 원료 가스 압력보다 낮은 재생 가스 압력에서 가스 예열기를 통해 유동시키는 것을 더 포함하는, 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    재생 가스 압력이 원료 가스 압력의 50% 미만인, 방법.
  22. 제15항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    원료 가스는 질소, 아르곤, 수소, 암모니아, 이산화탄소, 청정 건조 공기, 및 산소로부터 선택되는, 방법.
  23. 제14항에 있어서,
    매체가 촉매를 포함하고, 가스가 질소, 아르곤, 수소, 이산화탄소, 청정 건조 공기 및 산소로부터 선택된 원료 가스인, 방법.
  24. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    불순물이 질소 산화물, 일산화탄소 또는 탄화수소인, 방법.
  25. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    불순물이 메탄인, 방법.
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