PL191279B1

PL191279B1 - Sposób odzyskiwania gazu szlachetnego z komory układu do uszczelniania gazu szlachetnego i układ do uszczelniania gazu szlachetnego

Info

Publication number: PL191279B1
Application number: PL321797A
Authority: PL
Inventors: Ravi Jain; Walter H. Whitlock
Original assignee: Boc Group Inc; The Boc Group Inc
Priority date: 1996-08-27
Filing date: 1997-08-26
Publication date: 2006-04-28
Also published as: PL321797A1; JP3913327B2; ES2183091T3; ATE228101T1; EP0826629B1; JPH10273307A; DE69717215T2; EP0826629A3; EP0826629A2; DE69717215D1

Abstract

1. Sposób odzyskiwania gazu szlachetnego z komory ukladu do uszczelniania gazu szlachetnego, w której prze- prowadza sie operacje obróbki wymagajaca zastosowania zasadniczo czystego gazu szlachetnego, znamienny tym, ze: (a) w komorze wytwarza sie próznie; (b) wprowadza sie do komory gaz szlachetny stanowia- cy ksenon, neon lub ich mieszanine, dla przeprowadzenia operacji obróbki; (c) przepuszcza sie przez te komore gaz pluczacy, wy- brany sposród wodoru tlenu lub pary wodnej, z wypluka- niem zasadniczo calego gazu szlachetnego z komory z uzyskaniem gazowej mieszaniny wyplywajacej zawieraja- cej gaz szlachetny i gaz pluczacy; (d) rozdziela sie te wyplywajaca mieszanine gazowa, metoda rozdzielania membranowego lub metoda konden- sacji, na strumien gazu szlachetnego oraz frakcje pozba- wiona zasadniczo gazu szlachetnego; (e) usuwa sie resztkowe zanieczyszczenia ze strumie- nia gazu szlachetnego, metoda adsorpcji lub chemisorpcji, zwytworzeniem dostatecznie czystego strumienia gazu szlachetnego do zawracania do ponownego uzycia w operacji obróbki. PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób odzyskiwania gazu szlachetnego z komory układu do uszczelniania gazu szlachetnego i układ do uszczelniania gazu szlachetnego. Wynalazek przedstawia sposób odzyskiwania gazu szlachetnego i aparaturę do uszczelniania gazu szlachetnego wewnątrz ekranów wyświetlacza plazmowego. Niniejszy wynalazek jest przeznaczony do odzyskiwania gazów szlachetnych takich jak ksenon, neon i krypton z mieszanin gazowych, a w szczególności odzyskiwania mieszanin ksenonu i neonu z pieców do łączenia ekranów wyświetlacza plazmowego.

Ekrany wyświetlacza plazmowego stosowane są do wytwarzania płaskich ekranów monitorów telewizyjnych i komputerowych. W Europejskim zgłoszeniu patentowym nr 0698903 opisano ekran wyświetlacza plazmowego zawierający mieszaninę gazów rzadkich składającą się z neonu i argonu, ksenonu i/lub kryptonu. Ekrany wyświetlacza plazmowego wytwarza się na ogół przez połączenie parami płaskich arkuszy materiału z odpowiednimi ekranowymi zespołami obwodów elektrycznych w taki sposób, aby zamknąć przestrzeń utworzoną pomiędzy tymi arkuszami. Tę zamkniętą przestrzeń wypełnia się gazem szlachetnym, korzystnie ksenonem, neonem lub mieszaniną tych dwu gazów i dwa arkusze materiału łączy się z wytworzeniem ekranu wyświetlacza. Dogodnym sposobem wytwarzania ekranów wyświetlacza jest nakładanie przyczepnego spoiwa na krawędzie arkuszy i ustawienie rzędami par takich zawierających spoiwo arkuszy materiału w szczelnym dla gazu piecu do łączenia, wytworzenie próżni w piecu, wprowadzenie do pieca gazu obojętnego lub mieszaniny gazów obojętnych i ogrzewanie pieca do temperatury wystarczającej do połączenia par tych arkuszy materiału w formie szczelnej dla gazu konstrukcji, a tym samym utworzenie ekranów.

Jeśli ekrany wyświetlaczy wytwarza się tym sposobem to przestrzeń zamknięta pomiędzy ekranami stanowi jedynie małą część ogólnej objętości pieców do łączenia, a zatem ilość gazu stosowana do wypełnienia ekranów może być mniejsza niż 10% całkowitej objętości pieca. Pozostała objętość gazu w piecu stanowi nadmiar. Ponieważ gazy szlachetne stosowane do wytwarzania ekranów wyświetlacza plazmowego są bardzo drogimi gazami, to niezwykle pożądane jest odzyskanie i zawrócenie do obiegu możliwie jak największej ilości nadmiaru gazów szlachetnych.

Jedną z metod odzyskiwania gazu, którą można stosować w praktyce jest odprowadzenie gazu z pieca po połączeniu ekranów. Zaletą tej metody jest odzyskanie gazu szlachetnego we względnie czystej postaci, tj. zawierającego oprócz gazu szlachetnego jedynie gazy powstające podczas termicznego procesu łączenia i gazy atmosferyczne, które przeciekają do pieca lub układu odzyskiwania gazu podczas jego odprowadzania. Metoda ta nie nadaje się niestety do odzyskiwania gazu szlachetnego stosowanego przy wytwarzaniu ekranów wyświetlacza plazmowego, ponieważ połączone ekrany wyświetlacza plazmowego pękają w piecach do łączenia jeżeli stosuje się bardzo niskie ciśnienia niezbędne do przeprowadzenia procesu odzyskiwania w sposób ekonomiczny.

Ze względu na bardzo wysoką cenę ksenonu i neonu ciągle poszukuje się metod odzyskiwania całego w zasadzie nadmiaru tych gazów z pieców do łączenia ekranów wyświetlacza plazmowego. Niniejszy wynalazek prezentuje taki sposób.

Przedmiotem wynalazku jest sposób odzyskiwania gazu szlachetnego z komory układu do uszczelniania gazu szlachetnego, w której przeprowadza się operację obróbki wymagającą zastosowania zasadniczo czystego gazu szlachetnego, charakteryzujący się tym, że:

(a) w komorze wytwarza się próżnię;

(b) wprowadza się do komory gaz szlachetny stanowiący ksenon, neon lub ich mieszaninę, dla przeprowadzenia operacji obróbki;

(c) przepuszcza się przez tę komorę gaz płuczący, wybrany spośród wodoru tlenu lub pary wodnej, z wypłukaniem zasadniczo całego gazu szlachetnego z komory z uzyskaniem gazowej mieszaniny wypływającej zawierającej gaz szlachetny i gaz płuczący;

(d) rozdziela się tę wypływającą mieszaninę gazową, metodą rozdzielania membranowego lub metodą kondensacji, na strumień gazu szlachetnego oraz frakcję pozbawioną zasadniczo gazu szlachetnego;

(e) usuwa się resztkowe zanieczyszczenia ze strumienia gazu szlachetnego, metodą adsorpcji lub chemisorpcji, z wytworzeniem dostatecznie czystego strumienia gazu szlachetnego do zawracania do ponownego użycia w operacji obróbki.

Korzystnie w sposobie strumień oddzielonego gazu szlachetnego i/lub frakcję gazową pozbawioną gazu szlachetnego zawraca się do komory.

PL 191 279 B1

Korzystnie stosuje się gaz szlachetny zawierający od 50% do 100% objętościowych neonu i od 50% do 0% objętościowych ksenonu.

W sposobie korzystnie stosuje się jako gaz płuczący wodór i strumień gazu szlachetnego wydziela się z gazowej mieszaniny wypływającej metodą rozdzielania membranowego z zastosowaniem membrany zawierającej pallad.

Korzystnie z gazowej mieszaniny wypływającej wydziela się tlenek węgla i/lub dwutlenek węgla przed rozdzielaniem membranowym.

W sposobie korzystnie rozdzielanie membranowe przeprowadza się w temperaturze od 200°C do 600°C i pod ciśnieniem od 0,3 MPa do 4,0 MPa.

Sposób korzystnie charakteryzuje się tym, że gazową mieszaninę wypływającą zawierającą tlen poddaje się reakcji poprzez kontaktowanie z palladem z wytworzeniem pary wodnej z tlenu i wodoru.

Korzystnie dodatkowo usuwa się parę wodną ze strumienia gazu szlachetnego poddając go procesowi zmiennotemperaturowej adsorpcji z zastosowaniem desykantu wybranego spośród krzemionki, tlenku glinu, zeolitu A, zeolitu X i ich mieszanin.

Korzystnie stosuje się tlen jako gaz płuczący, a w procesie rozdzielania membranowego stosuje się membranę przepuszczającą jony.

W sposobie korzystnie stosuje się jako gaz płuczący parę wodną i strumień gazu szlachetnego oddziela się od gazowej mieszaniny wypływającej na drodze kondensacji.

Sposób korzystnie charakteryzuje się tym, że w komorze, stanowiącej część pieca, przeprowadza się operację obróbki obejmującą wytwarzanie zawierających gaz szlachetny ekranów wyświetlacza przez łączenie w podwyższonej temperaturze par planarnych sekcji z wytworzeniem szczelnej dla gazu konstrukcji, której atmosferę stanowi gaz szlachetny.

Korzystnie w sposobie jeden lub dwa elementy każdej pary planarnych sekcji mają powłokę z wrażliwego na temperaturę spoiwa na swoich krawędziach i te planarne sekcje łączy się przez ogrzewanie ich w bliskim wzajemnym sąsiedztwie do temperatury co najmniej 350°C pod ciśnieniem od 150 kPa do 200 kPa.

Korzystnie w sposobie ze strumienia gazu szlachetnego zawierającego zanieczyszczenia wybrane z grupy obejmującej parę wodną, dwutlenek węgla i węglowodory o 2 lub więcej atomach węgla oraz ich mieszaniny, usuwa się te zanieczyszczenia metodą adsorpcji przeprowadzaną w temperaturze w zakresie od 0°C do 200°C, z zastosowaniem adsorbentu dobranego z grupy obejmującej żel krzemionkowy, aktywowany tlenek glinu, zeolity, aktywowany węgiel i ich mieszaniny.

Korzystnie ze strumienia gazu szlachetnego zawierającego wodór, tlen lub oba te gazy, usuwa się je metodą chemisorpcji przeprowadzaną w temperaturze w zakresie od 25°C do 200°C z zastosowaniem gettera miedziowego, gettera niklowego lub ich mieszanin.

Korzystnie wytworzoną parę wodną po skontaktowaniu strumienia gazu szlachetnego z wymienionym getterem usuwa się przez skontaktowanie strumienia gazu szlachetnego z desykantem wybranym z grupy składającej się z krzemionki, tlenku glinu, zeolitu A, zeolitu X i ich mieszanin.

W sposobie korzystnie ze strumienia gazu szlachetnego zawierającego azot, metan, tlenek węgla lub ich mieszaniny, usuwa się je metodą kriogenicznej adsorpcji przeprowadzaną w temperaturze w zakresie od -50°C do -200°C z zastosowaniem adsorbentu wybranego z grupy składającej się z zeolitu 4A, zeolitu 5A, zeolitu typu Xiich mieszanin.

Korzystnie w sposobie ze strumienia gazu szlachetnego zawierającego azot, węglowodory lub ich mieszaniny, usuwa się metodą chemisorpcji przeprowadzaną w temperaturze w zakresie od 350°C do 700°C z zastosowaniem materiału na bazie cyrkonu, zwłaszcza jako materiał na bazie cyrkonu stosuje się stop cyrkonowo-glinowy, stop cyrkonowo-wanadowo-żelazowy lub ich mieszaninę.

Przedmiotem wynalazku jest także układ do uszczelniania gazu szlachetnego wewnątrz ekranów wyświetlacza plazmowego, charakteryzujący się tym, że zawiera: komorę do obróbki gazowej A do łączenia ekranów wyświetlacza plazmowego, połączoną z przewodem doprowadzającym gaz szlachetny 2, łączącym komorę A i zbiornik gazu szlachetnego G oraz połączoną z przewodem dostarczającym gaz płuczący 4, łączącym zbiornik gazu płuczącego C z komorą A oraz połączoną przewodem 6 z urządzeniami do wytwarzania próżni 10 oraz z przewodami wypływającej mieszaniny gazowej 14, 20, 24, łączącymi komorę A z wlotem urządzenia do rozdzielania membranowego gazu B, które z kolei połączone jest po stronie przepuszczalnej strefy z przewodem zawracanego do obiegu wodoru 28 apo stronie nieprzepuszczalnej strefy z przewodem zawracanego do obiegu gazu szlachetnego 30, natomiast pomiędzy urządzeniami do sprężania gazu 18 i urządzeniem B umiejscowione są ewentualnie grzejniki gazu 22.

PL 191 279 B1

Korzystnie w układzie dodatkowo w przewodzie 30 znajdują się urządzenia D, E, F do usuwania jednego lub więcej takich składników jak azot, dwutlenek węgla, tlen, para wodna i węglowodory.

W układzie korzystnie w przewodach 14, 20, 24 dodatkowo znajdują się urządzenia J do usuwania tlenku węgla i/lub dwutlenku węgla, umieszczone pomiędzy urządzeniami do sprężania gazu 18 a urządzeniami do rozdzielania gazu B.

Zgodnie z ogólnym rozwiązaniem według wynalazku gaz szlachetny, korzystnie wybrany spośród ksenonu, neonu, argonu, kryptonu i ich mieszanin, stosuje się w procesie przeprowadzanym w zamkniętej komorze. Niezużyty gaz szlachetny odzyskuje się z tej komory do ponownego zastosowania przez wypłukanie tej komory gazem płuczącym i tym samym otrzymanie gazowej mieszaniny wypływającej, która zawiera gaz szlachetny i gaz płuczący. Gaz płuczący wybrany jest korzystnie spośród wodoru, pary wodnej, amoniaku, dwutlenku węgla, tlenku węgla, tlenu i węglowodorów o 2 do 6 atomach węgla. Strumień gazu szlachetnego wydziela się z mieszaniny wypływającej korzystnie metodą rozdzielania membranowego, kondensacji, adsorpcji, absorpcji, krystalizacji lub stosując kombinację tych metod. Omawiane wtym wynalazku gazy szlachetne można stosować do wytwarzania lamp łukowych, ekranów wyświetlacza plazmowego, wskaźników neonowych itp.

W specyficznym zastosowaniu tego ogólnego rozwiązania zamknięta komora jest częścią pieca i przed etapem płukania wtej komorze wytwarza się zawierające gaz szlachetny ekrany wyświetlacza plazmowego przez połączenie na gorąco par planarnych sekcji z uzyskaniem szczelnej dla gazu zamkniętej przestrzeni, w atmosferze zawierającej około 50 do około 100% objętościowych neonu i około 50 do około 0% objętościowych ksenonu. Ekrany wytwarza się korzystnie przez nałożenie warstwy wrażliwego na temperaturę spoiwa wokół krawędzi jednej lub obu planarnych sekcji i sekcje te łączy się razem przez ogrzewanie ich we wzajemnym bliskim sąsiedztwie do temperatury co najmniej około 350°C pod ciśnieniem około 150 kPa do około 200 kPa (ciśnienie absolutne).

Zgodnie z korzystnym rozwiązaniem według wynalazku jako gaz płuczący stosuje się wodór i strumień gazu szlachetnego wydziela się z wypływającej mieszaniny gazowej metodą rozdzielania membranowego z zastosowaniem membrany palladowej. W tym rozwiązaniu membrana korzystnie pracuje w taki sposób, że powstaje w zasadzie czysty wodór jako gaz przenikający i czysty w zasadzie gaz szlachetny jako gaz pozostający, przy czym jeden lub oba te gazy zawraca się do zamkniętej komory bez lub po dalszym oczyszczeniu. Rozdzielanie membranowe przeprowadza się w temperaturze około 200 do około 600°C i pod ciśnieniem 300 kPa do około 4000 kPa. Według korzystnego aspektu tego rozwiązania, jakiekolwiek tlenki węgla występujące w wypływającej mieszaninie gazowej usuwa się z niej przed etapem rozdzielania membranowego. Również wtym rozwiązaniu, jeśli strumień gazu szlachetnego zawiera tlen jako zanieczyszczenie, to na palladzie przebiega reakcja tlenu z wodorem z wytworzeniem pary wodnej na nieprzepuszczalnej stronie membrany. Parę wodną usuwa się korzystnie ze strumienia gazu szlachetnego przez poddanie go zmiennotemperaturowej adsorpcji z zastosowaniem desykantu wybranego spośród żelu krzemionkowego, aktywowanego tlenku glinu i zeolitów A lub X, takich jak zeolit 5A lub zeolit 13X oraz mieszanin dowolnego z tych osuszaczy.

Według alternatywnego rozwiązania jako gaz płuczący stosuje się tleni gaz szlachetny wydziela się z wypływającej mieszaniny gazowej metodą rozdzielania membranowego z zastosowaniem membrany przepuszczającej jon tlenowy.

W innym jeszcze rozwiązaniu według wynalazku gaz płuczący stanowi para wodna, a strumień gazu szlachetnego oddziela się od wypływającej mieszaniny gazowej na drodze kondensacji.

Strumień gazu szlachetnego może zawierać małe ilości zanieczyszczeń, takich jak woda, para wodna, tlenek węgla, dwutlenek węgla, wodór, tlen, argon, azot, węglowodory i mieszaniny dwóch lub więcej takich gazów. W takim przypadku zanieczyszczenia usuwa się ze strumienia gazu szlachetnego po oddzieleniu gazu płuczącego jedną lub więcej z następujących metod:

a) adsorpcję w temperaturze w zakresie od około temperatury otoczenia (zdefiniowanej poniżej) do około 150°C z zastosowaniem jednego lub więcej adsorbentów, które selektywnie adsorbują parę wodną, dwutlenek węgla i nienasycone węglowodory, takie jak acetylen, etylen i węglowodory zawierające 3 lub więcej atomów węgla albo ich mieszaniny;

b) chemisorpcję z zastosowaniem jednego lub więcej materiałów pochłaniających (getterów), które chemicznie pochłaniają wodór, tlen, tlenek węgla lub ich mieszaniny;

c) katalityczne utlenienie wodoru do wody i lub katalityczne utlenienie tlenku węgla do dwutlenku węgla;

d) kriogeniczną adsorpcję z zastosowaniem jednego lub więcej adsorbentów, które selektywnie adsorbują azot, tlenek węgla, metan, etan lub mieszaniny dwóch lub więcej takich gazów; i

PL 191 279 B1

e) chemisorpcję z zastosowaniem jednego lub więcej getterów, które adsorbują azot, węglowodory lub ich mieszaniny.

Jeśli strumień gazu szlachetnego zawiera jako zanieczyszczenie jedną lub więcej takich substancji jak para wodna, dwutlenek węgla i nienasycone węglowodory lub węglowodory zawierające 3 lub więcej atomów węgla, to zanieczyszczenia usuwa się korzystnie ze strumienia gazu szlachetnego powyższą metodą (a) przeprowadzaną w temperaturze około 0 do około 100°C z zastosowaniem adsorbentu dobranego spośród żelu krzemionkowego, aktywowanego tlenku glinu, zeolitów, aktywowanego węgla i mieszanin tych środków.

Jeśli strumień gazu szlachetnego zawiera jako zanieczyszczenie wodór i/lub tlen to korzystnie usuwa się je ze strumienia gazu szlachetnego powyższą metodą (b) przeprowadzaną w temperaturze w zakresie około 20 do około 200°C z zastosowaniem gettera miedziowego, tlenku miedzi jako gettera i gettera niklowego lub ich mieszanin albo powyższą metodą (c) przez dodanie do mieszaniny gazowej nadmiaru tlenu i jeśli to konieczne poddanie tych zanieczyszczeń reakcji poprzez kontaktowanie z katalizatorem, takim jak katalizator palladowy na nośniku. Jeśli podczas kontaktu strumienia gazu szlachetnego z getterem powstaje para wodna to usuwa się ją korzystnie przez kontaktowanie tego strumienia gazu szlachetnego z desykantem wybranym spośród żelu krzemionkowego, aktywowanego tlenku glinu, zeolitu A, zeolitu Xi ich mieszanin.

Jeśli strumień gazu szlachetnego zawiera jako zanieczyszczenie jedną lub więcej takich substancji jak azot, metan, etan i tlenek węgla, to usuwa się je korzystnie ze strumienia gazu szlachetnego powyższą metodą (d) przeprowadzaną w temperaturze w zakresie około -50 do około -200°C z zastosowaniem adsorbentu wybranego spośród zeolitu 4A, zeolitu 5A, zeolitu typu X, zeolitu typu Y, mordenitów, klinoptylolitów i ich mieszanin.

Według innego rozwiązania strumień gazu szlachetnego zawiera azot, węglowodory lub ich mieszaniny i wówczas usuwa się je z tego strumienia powyższą metodą (e) przeprowadzaną w temperaturze w zakresie około 350 do około 700°C z zastosowaniem materiału na bazie cyrkonu. Korzystnie materiałem na bazie cyrkonu jest stop cyrkonu. Stopem na bazie cyrkonu jest najkorzystniej stop cyrkonowo-glinowy, stop cyrkonowo-wanadowo-żelazowy lub ich mieszaniny. Ten etap (metoda (e)) jest korzystny wówczas gdy strumień gazu szlachetnego zawiera tylko azoti węglowodory po zakończeniu obróbki według punktów (a), (b) i/lub (c).

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunkach, na których: fig. 1 przedstawia schematycznie pierwszy układ odzyskiwania gazu szlachetnego ze zbiornika produkcyjnego z zastosowaniem przepuszczalnej membrany do oddzielenia gazu szlachetnego od gazu płuczącego; fig. 2 przedstawia schematycznie alternatywny układ odzyskiwania gazu szlachetnego ze zbiornika produkcyjnego z zastosowaniem kondensacji do oddzielenia gazu szlachetnego od gazu płuczącego, a fig. 3 przedstawia schematycznie układ podobny do zilustrowanego na fig. 1lecz zawierający dodatkowo urządzenie do usuwania tlenków węgla.

Podobne oznaczenia stosowane na różnych figurach określają podobne elementy lub takie same urządzenia. Na tych figurach przedstawiono jedynie te urządzenia, zawory i linie, które są potrzebne do zrozumienia wynalazku.

Stosowany wtym opisie termin „temperatura otoczenia” oznacza temperaturę w zakresie około -30 do około 50°C.

Ekrany wyświetlacza plazmowego wytwarzane z zastosowaniem sposobu według wynalazku wykonuje się przez połączenie dwóch planarnych sekcji arkuszy materiału w taki sposób, że pomiędzy tymi sekcjami powstaje zamknięta przestrzeń. Arkusze te mogą być wykonane ze szkła, tworzywa sztucznego lub innego dogodnego materiału i mogą być przezroczyste, półprzeźroczyste lub nieprzezroczyste. Arkusze te mogą również zawierać właściwe powłoki i zespoły obwodów elektrycznych do wyświetlania obrazów. Łączy się je razem za pomocą spoiwa, które tworzy ciągłe połączenie wokół krawędzi tych arkuszy. Planarne sekcje mogą być płaskie albo jedna lub obie sekcje mogą być krzywoliniowe.

Przy produkcji wypełnionych gazem szlachetnym ekranów z wykorzystaniem niniejszego wynalazku, pary sekcji ekranowych umieszcza się w piecu w takim położeniu, aby jedna sekcja była umieszczona naprzeciwko drugiej z powłoką kleju pomiędzy dopasowanymi sekcjami i obie te sekcje stykały się ze spoiwem. W piecu wytwarza się następnie próżnię, tj. korzystnie do ciśnienia 10 Pa do 1 Pa, wcelu usunięcia wszystkich śladowych ilości zanieczyszczeń gazowych oraz piec ogrzewa się do temperatury około 400°C. Gdy temperatura w piecu osiągnie 400°C wprowadza się gaz szlachetny, na ogół ksenon lub mieszaninę ksenonu i neonu, pod ciśnieniem około 150 do około 300 kPa. Spoiwo

PL 191 279 B1 mięknie i przylega do każdej sekcji ekranów. Piec pozostawia się wówczas do oziębienia. Gdy temperatura w piecu spadnie do około 350°C wprowadza się do niego dodatkową ilość gazu szlachetnego utrzymując ciśnienie około 150 kPa do około 300 kPa. Gdy temperatura spada spoiwo zestala się i tworzy szczelne dla gazu połączenie pomiędzy częściami ekranowymi itym samym uszczelnia gaz szlachetny wewnątrz ekranów. Po obniżeniu temperatury w piecu do poniżej około 350°C nadmiar gazu szlachetnego usuwa się z niego przez przepuszczenie gazu płuczącego. Płukanie prowadzi się tak długo aż cały w zasadzie gaz szlachetny zostanie wypłukany z pieca.

Pożądane jest zarówno zawrócenie gazu szlachetnego jaki gazu płuczącego do pieca w kolejnych operacjach wytwarzania ekranów. Konieczne jest zatem rozdzielenie gazów, które doprowadzi do odzyskania czystego w zasadzie gazu szlachetnego i czystego w zasadzie gazu płuczącego. Sposób rozdzielania gazów zależy od konkretnego gazu płuczącego jaki stosowano w procesie.

Do gazów płuczących stosowanych w sposobie według wynalazku należy wodór, para wodna, amoniak, dwutlenek węgla, tlenek węgla, niższe węglowodory i tlen. Stosowany wtym opisie termin „niższe węglowodory” oznacza etylen, propylen i nasycone lub olefinowe węglowodory (tj. alkany lub alkeny) posiadające 4 do 6 atomów węgla. Do takiej grupy należą etylen, propylen, butany, buteny, pentany, penteny, heksany, hekseny i mieszaniny dwóch lub więcej takich związków. Gaz płuczący powinien być w zasadzie czysty ponieważ sposób rozdzielania gazu szlachetnego i gazu płuczącego jest na ogół wysoce efektywny jedynie dla danego gazu płuczącego. I tak na przykład jeśli gazem płuczącym jest tlen i do oddzielania gazu szlachetnego od gazu płuczącego stosuje się rozdzielanie membranowe z zastosowaniem membrany jonowej, to tlen powinien być w zasadzie pozbawiony zanieczyszczeń, takich jak azot i argon, gdyż gazy te nie są usuwane zgazu szlachetnego razem z tlenem.

Metoda rozdzielania gazu szlachetnego i gazu płuczącego stosowana przy praktykowaniu wynalazku zależy od danego gazu płuczącego jaki zastosowano w procesie. Jeśli pożądane jest zawracanie gazu płuczącego to stosuje się metodę rozdzielania, która zapewnia całkowite w zasadzie oddzielenie czystego gazu płuczącego. Na przykład czysty w zasadzie, pozbawiony wodoru gaz szlachetny i czysty w zasadzie, pozbawiony gazu szlachetnego wodór można uzyskać gdy jako gaz płuczący stosuje się wodór oraz oddzielanie gazu płuczącego od gazu szlachetnego przeprowadza się za pomocą membran. Rozdzielanie membranowe zapewnia również w zasadzie czyste rozdzielenie gdy jako gaz płuczący stosuje się tlen. Z drugiej strony, jeśli gaz płuczący jest względnie tani i można się go łatwo pozbywać lub jeśli nie można go łatwo oddzielić od gazu szlachetnego w czystej w zasadzie postaci, to dogodne jest zastosowanie takich metod jak kondensacja. Ma to miejsce w przypadku pary wodnej.

Metoda rozdzielania membranowego z membraną palladową jest dogodnie stosowana gdy w metodzie wydzielania gazu używa się wodoru jako gazu płuczącego. Zastosowanie rozdzielania membranowego z przeponą przepuszczającą jon tlenowy jest korzystne gdy gazem płuczącym jest tlen. Kondensację stosuje się korzystnie gdy gazem płuczącym jest para wodna i tę metodę odzyskiwania gazu można również stosować gdy gazem płuczącym jest węglowodór o względnie wysokiej temperaturze wrzenia. Absorpcję z zastosowaniem chlorku glinowomiedziowego (CuAlCl4) jako absorbentu stosuje się korzystnie gdy gazem płuczącym jest tlenek węgla; absorpcję z zastosowaniem amin jako absorbentu stosuje się korzystnie gdy gazem płuczącym jest dwutlenek węgla; absorpcję z zastosowaniem wyższych węglowodorów (alkanów i/lub alkenów mających siedem lub więcej atomów węgla) jako absorbentu stosuje się korzystnie gdy gazem płuczącym jest niższy węglowodór i absorpcję z zastosowaniem wody jako absorbentu stosuje się korzystnie gdy gazem płuczącym jest amoniak.

Zanieczyszczenia pozostające w odzyskanym gazie szlachetnym można usunąć stosując jedną lub więcej różnych metod. Śladowe ilości wodoru i/lub tlenu można usunąć z gazu szlachetnego przepuszczając go przez złoże gettera miedziowego lub niklowego w temperaturze w zakresie około 25 do około 200°C.

Katalizator do usuwania tlenu zawierający 30% wagowych miedzi na nośniku dostępny jest z firmy BASF pod nazw handlową Catalyst R3-11. Katalizator można stosować do usuwania tlenu z obojętnych gazów przez pochłanianie w temperaturach do 250°C i katalizator można regenerować na drodze redukcji wodorem.

Jednoetapowy sposób usuwania zanieczyszczeń, takich jak tlen, tlenek węgla, dwutlenek węgla, wodór, woda lub ich mieszaniny do zawartości mniejszej niż 1000 ppmv w gazie obojętnym opisano w patencie U.S. nr 4713224, którego opis załącza się tu na zasadzie odsyłacza. Gaz przepuszcza się przez getter zawierający co najmniej 5% wagowych niklu w temperaturze pomiędzy 0 i50°C

PL 191 279 B1 i otrzymuje się produkt zawierający poniżej kilku ppmv zanieczyszczeń. Katalizator regeneruje się przepłukując go azotem i wodorem w temperaturach 180 do 200°C. W kontekście niniejszego wynalazku getter stosuje się jedynie do usuwania tlenu i wodoru.

Parę wodną można usunąć metodą zmiennotemperaturowej adsorpcji (TSA temperature swing adsorption) przepuszczając odzyskiwany gaz szlachetny przez desykant taki jak żel krzemionkowy lub aktywowany tlenek glinu. Dwutlenek węgla można usuwać metodą TSA z zastosowaniem takiego adsorbentu jak zeolit, sita molekularne lub aktywowany tlenek glinu (w tym modyfikowane tlenki glinu). Azot, metan, etan i tlenek węgla można usuwać z oddzielonego gazu szlachetnego na drodze adsorpcji kriogenicznej z zastosowaniem takich adsorbentów jak zeolit CaX, zeolit NaX, zeolity typu A, zeolity typu Y, mordenity i klinoptylolity w temperaturach w zakresie około -50 do około -200°C. Azot i węglowodory można również usuwać z gazu szlachetnego przy użyciu stopów cyrkonowych, takich jak stop cyrkonowo-wanadowy.

Wszystkie powyższe metody rozdzielania są znane w stanie techniki i dotyczące ich szczegóły nie stanowią części tego wynalazku.

Najkorzystniejszym sposobem w praktyce według wynalazku jest zastosowanie wodoru jako gazu płuczącego i rozdzielania membranowego z zastosowaniem membrany palladowej jako podstawowej metody odzyskiwania gazu szlachetnego. Sposób ten jest najkorzystniejszy gdyż otrzymuje się czysty w zasadzie, pozbawiony wodoru gaz szlachetny i czysty w zasadzie, pozbawiony gazu szlachetnego wodór. Dodatkową zaletą tego sposobu jest to, że jeśli w strumieniu płuczącego gazu występuje tlen to reaguje on z wodorem z utworzeniem wody przy zetknięciu z membraną palladową. Parę wodną usuwa się łatwo w drugim etapie oczyszczania gazu szlachetnego przez przepuszczenie oddzielonego gazu szlachetnego przez desykant, taki jak opisano powyżej. Jeśli jako gaz płuczący stosuje się wodór i do oddzielenia wodoru od gazu szlachetnego stosuje się membranę palladową, to na ogół korzystne jest usunięcie tlenków węgla z mieszaniny gazu szlachetnego i wodoru przed wprowadzeniem tej gazowej mieszaniny do urządzenia z membraną palladową, a to w celu zabezpieczenia przed powstawaniem metanu na drodze reakcji tlenków węgla i wodoru pod wpływem kontaktu z membraną palladową.

Zgodnie z innym korzystnym rozwiązaniem jako gaz płuczący stosuje się parę wodną, a jako metodę rozdzielania kondensację. Wilgoć pozostającą w strumieniu oczyszczonego gazu szlachetnego można usunąć przez wysuszenie tego gazu szlachetnego z zastosowaniem desykantu, który odznacza się silnym powinowactwem do pary wodnej, a słabym do gazu szlachetnego. Skondensowaną wodę można usunąć.

Wynalazek można łatwo zrozumieć na podstawie załączonych figur, na których pokazano trzy różne rozwiązania układu do wypłukiwania gazu szlachetnego z komory produkcyjnej i oddzielania gazu szlachetnego od gazu płuczącego. Zilustrowane metody oddzielania gazu szlachetnego od gazu płuczącego podano jedynie przykładowo jako te, które można stosować w praktyce według wynalazku. Na figurach 1i3 przedstawiono odzyskiwanie i zawrócenie do obiegu zarówno gazu szlachetnego, jak igazu płuczącego, a sposób zilustrowany na fig. 2 zapewnia jedynie odzyskiwanie gazu szlachetnego.

Sposób pokazany na fig. 1jest korzystny gdy poddawana rozdzielaniu mieszanina wodoru i gazu szlachetnego zawiera bardzo mało lub w ogóle nie zawiera tlenku węgla. Na fig. 1 przedstawiono główne urządzenia, tj. gazową komorę produkcyjną A, urządzenie do rozdzielania membranowego B, zbiornik magazynowy gazu płuczącego C, ewentualny oczyszczalnik z getterem D, urządzenie do adsorpcji w temperaturze otoczenia E, ewentualne urządzenie do adsorpcji kriogenicznej F i zbiornik magazynowy gazu szlachetnego G. Wszystkie te poszczególne urządzenia są dobrze znane i ich rozwiązanie oraz sposób pracy nie stanowią części niniejszego wynalazku.

Gazową komorę produkcyjną A może stanowić dowolny zbiornik, w którym przeprowadza się obróbkę wymagającą zastosowania czystego w zasadzie ksenonu, neonu, kryptonu lub ich mieszanin. W niniejszym opisie komora A oznacza część szczelnego dla gazu pieca, w którym produkuje się ekrany wyświetlacza plazmowego. Jest ona zaopatrzona w drzwi do wprowadzania części ekranów wyświetlacza do urządzenia oraz elementy grzejne do ogrzania zawartości komory do pożądanej temperatury. Komora A zaopatrzona jest w linię doprowadzającą gazu szlachetnego 2, która zapewnia przepływ płynu pomiędzy komorą A i zbiornikiem magazynowym gazu szlachetnego G oraz w linię dostarczają gazu płuczącego 4, która łączy zbiornik magazynowy gazu płuczącego C z komorą A. Komora A zaopatrzona jest również w linię do wytwarzania próżni 6 i linię gazu płuczącego 14.

W linii 6 znajduje się zawór 8 i pompa próżniowa 10. Pompa próżniowa 10 może wytworzyć w komorze A ciśnienia 1Pa. Wylot pompy próżniowej 10 połączony jest linią 12 z odpowietrzeniem do

PL 191 279 B1 atmosfery lub z urządzeniem do odzyskiwania gazu (nie jest pokazane). Linia 14 zaopatrzona jest w zawór 16 i łączy wylot gazu płuczącego z komory A z wlotem kompresora 18. Kompresor 18 nadaje się do podwyższenia ciśnienia gazowej mieszaniny w linii 14 do takiej wartości, która zapewni efektywne działanie urządzenia do rozdzielania membranowego B. Jest to zazwyczaj ciśnienie w zakresie od około 400 do około 4000 kPa. Wylot kompresora 10 połączony jest linią 20, która z kolei połączona jest z wlotem do grzejnika gazu 22.

Wylot grzejnika 22 połączony jest z wlotem do urządzenia do rozdzielania membranowego B za pośrednictwem linii 24. Urządzenie do rozdzielania membranowego B zaopatrzone jest w metaliczną membranę 26. Linia oczyszczonego gazu płuczącego 28 łączy urządzenie B po przepuszczającej gaz stronie membrany 26 ze zbiornikiem magazynowym gazu płuczącego C.

Linia odzyskanego gazu szlachetnego 30 łączy część urządzenia B po nieprzepuszczającej ten gaz stronie membrany 26 z wlotem do oczyszczalnika z katalitycznym getterem D, będącym urządzeniem opcjonalnym. Oczyszczalnik D wypełniony jest getterem, który usuwa śladowe ilości wodoru i/lub tlenu z gazu szlachetnego. Odpowiednimi getterami są materiały zawierające nikiel lub miedź. Materiały te opisane są powyżej. Gettery można regenerować mieszaniną azot/wodór lub mieszaniną azot/tlen, ana zakończenie płukać azotem, który usuwany jest w dalszym urządzeniu do adsorpcji kriogenicznej.

W linii 30, korzystnie za oczyszczalnikiem z katalitycznym getterem D, umieszczony jest oczyszczalnik E, który również jest pozostawiony do wyboru w układzie. Zgodnie z rozwiązaniem według wynalazku przedstawionym na fig. 1, oczyszczalnik E jest urządzeniem do adsorpcji w temperaturze otoczenia wypełnionym jednym lub więcej adsorbentami, które skutecznie usuwają, parę wodną, dwutlenek węgla i cięższe węglowodory (oleje), itp. ze strumienia gazu szlachetnego. Korzystne są adsorbenty, które nie adsorbują znaczniejszych ilości neonu, argonu, ksenonu lub kryptonu. Typowy oczyszczalnik E może być wypełniony desykantem, takim jak aktywowany tlenek glinu lub żel krzemionkowy i/lub zeolit 13X lub 5A, przeznaczonym do usuwania dwutlenku węgla i/lub węglem aktywowanym do usuwania cięższych węglowodorów. Adsorbenty te można regenerować za pomocą np. suchego azotu, co nie powoduje żadnych trudności w trakcie oczyszczania gazu szlachetnego, gdyż jak stwierdzono powyżej, w umieszczonym dalej urządzeniu do adsorpcji kriogenicznej azot usuwany jest skutecznie z oczyszczonego strumienia gazu szlachetnego.

W linii 30 za oczyszczaczem E znajduje się ewentualnie urządzenie do adsorpcji kriogenicznej G. To urządzenie do adsorpcji wypełnione jest adsorbentem, który usuwa śladowe ilości azotu, tlenku węgla i/lub metanu/etanu z gazu szlachetnego. Odpowiednim adsorbentem dla tego oczyszczalnika jest wymieniający wapń zeolit typu A. W oczyszczalniku G można stosować adsorbenty takie jak zeolity typu X, zeolity typu Y, mordenity i inne. Adsorbent można w tym urządzeniu regenerować pod próżnią lub przez ogrzewanie albo obu tymi metodami, a na końcu płucząc gazem szlachetnym.

Praktyczną realizację sposobu według wynalazku przedstawiono na fig. 1. Powłokę wrażliwego na temperaturę spoiwa umieszcza się wokół jednej lub obu części każdej pary sekcji ekranów wyświetlacza plazmowego, które mają być połączone. Takie sekcje umieszcza się następnie w komorze A, przy czym pasujące parami sekcje umieszcza się w bliskim sąsiedztwie obok siebie. Następnie komorę zamyka się i uruchamia pompę 10 otwierając zawór 8 do atmosfery i w komorze A wytwarza się próżnię do ciśnienia absolutnego w zakresie około 0,013 do około 0,0013 Pa. Podczas tej operacji zawór 16 może być otwarty lub zamknięty, zależnie od tego czy pożądane jest obniżenie ciśnienia w dalszej części układu. Następnie zawór 8 zamyka się i temperaturę w komorze A podwyższa się do około 400°C i wprowadza do niej gaz szlachetny, którym może być ksenon, neon, argon lub krypton albo ich mieszaniny, takie jak mieszania ksenonu i neonu. Korzystna mieszanina gazu szlachetnego zawiera 95% neonu i 5% ksenonu (% molowy). Gaz szlachetny wprowadza się do komory A korzystnie gdy temperatura osiągnie 400°C lecz można go również wprowadzić do komory A przed lub podczas jej ogrzewania. Do komory A wystarcza wprowadzenie takiej ilości gazu szlachetnego, aby podwyższyć ciśnienie do około 160 do około 170 kPa. Gdy temperatura w komorze A osiągnie 400°C powłoka spoiwa mięknie i staje się kleista. Gdy temperatura wewnątrz komory A osiągnie 400°C wyłącza się ogrzewanie i pozostawia komorę do ochłodzenia. W miarę oziębiania komory ciśnienie w niej spada. Po obniżeniu temperatury do 350°C doprowadza się dodatkową ilość gazu szlachetnego do komory A w ilości wystarczającej do uzyskania ciśnienia około 160 do około 170 kPa. Z chwilą dalszego obniżania temperatury w komorze A spoiwo zestala się i łączy obie części każdej pary dopasowanych sekcji ekranu, a w zamkniętym ekranie pozostaje pożądana ilość uszczelnionego gazu szlachetnego. Gdy temperatura w komorze A spadnie do około poniżej 350°C otwiera się zawór 16 (jeśli

PL 191 279 B1 był zamknięty) i ze zbiornika magazynowego gazu płuczącego C doprowadza się ten gaz do zbiornika A. Uruchamia się kompresor 18i ustawia tak żeby wyciągał gaz płuczący z komory.

Membranę 26 może stanowić dowolna metaliczna lub inna membrana, która umożliwia przejście przez jej otwory gazu płuczącego, ale nie przepuszcza gazu szlachetnego. Grzejnik 22 można uruchamiać lub nie, zależnie od tego jaki gaz stosuje się jako gaz płuczący. Jeśli gazem płuczącym jest wodór to korzystne jest zastosowanie membrany palladowej i grzejnik 22 ustawia się tak aby podgrzał strumień gazu płuczącego do temperatury do około 400°C, a kompresor 18 tak aby podwyższył ciśnienie gazu płuczącego do około 2000 kPa.

Gaz płuczący doprowadzany do rozdzielacza B przechodzi przez membranę 26 i opuszcza rozdzielacz B linią 28, podczas gdy gaz szlachetny wypływa z rozdzielacza linią 30. Jeśli stosuje się wodór jako gaz płuczący oraz palladową membranę to otrzymuje się bardzo czysty wodór np. czystość powyżej 99,999% i ten bardzo czysty wodór przepływa linią 28 do zbiornika magazynowego gazu płuczącego C. Tlen dostający się do układu na zasadzie przecieku itp. reaguje z wodorem z utworzeniem pary wodnej pod wpływem kontaktu z gorącą membraną palladową i para wodna wypływa z rozdzielacza B razem z oddzielonym gazem szlachetnym linią 30.

Częściowo oczyszczony gaz szlachetny następnie przepływa do oczyszczalnika D, jeśli ten znajduje się w układzie. Jak wskazano powyżej oczyszczalnik D zawiera katalityczny getter i przeznaczony jest do usuwania wodoru i zanieczyszczeń tlenowych z gazu szlachetnego. Zawiera on korzystnie nikiel, tlenek niklu lub bardziej korzystnie tlenek miedzi do usuwania wodoru lub metaliczny nikiel albo korzystniej metaliczną miedź do usuwania tlenu. W celu usunięcia wodoru lub tlenu albo obu tych gazów może on również zawierać zmieszany nikiel/tlenek niklu lub miedź/tlenek miedzi albo ich mieszaniny.

Gaz szlachetny przepływa następnie przez oczyszczalnik E, jeśli znajduje się on w układzie. Podczas przejścia przez ten oczyszczalnik E z gazu szlachetnego usuwana jest para wodna, dwutlenek węgla i wyższe węglowodory. Jak pokazano powyżej oczyszczalnik E może zawierać kilka warstw różnych adsorbentów, a korzystnie pracuje w cyklu TSA.

Dalej oczyszczony gaz szlachetny opuszcza oczyszczalnik E i wchodzi następnie do oczyszczalnika F, jeśli znajduje się on w układzie. Oczyszczalnik F zawiera adsorbent do usuwania azotu, tlenku węgla, metanu i etanu z gazu szlachetnego. Gazy te mogą dostawać się do gazu płuczącego w różnych częściach układu, np. z powodu nieszczelności pompy próżniowej lub podczas prażenia powłok klejowych. Oczyszczalnik F pracuje w temperaturach kriogenicznych z zastosowaniem cyklu TSAi wybranych, wskazanych powyżej adsorbentów.

Oczyszczony gaz opuszcza oczyszczalnik F i przepływa następnie do zbiornika magazynowego gazu szlachetnego G do ponownego użycia.

Na fig. 2 przedstawiono układ przeznaczony do pracy z gazem płuczącym, którego się nie zawraca do obiegu, takim jak para wodna. Układ pokazany na fig. 2 zawiera kilka urządzeń wskazanych na fig. 1. Jednakże układ pokazany na fig. 2 różni się tym od wskazanego na fig. 1, że znajduje się w nim rozdzielacz fazowy H zamiast rozdzielacza membranowego B i chłodnica 32 zamiast grzejnika 22. Rozdzielacz fazowy H zaopatrzony jest w linię odprowadzenia kondensatu 34 i osobną linię odprowadzającą gaz szlachetny 30.

Praktyczna realizacja sposobu według wynalazku w układzie przedstawionym na fig. 2 jest podobna do wskazanej w układzie na fig. 1 z tym wyjątkiem, że jako gaz płuczący stosuje się parę wodną lub lotne, normalnie ciekłe węglowodory (w warunkach otoczenia). Te gazy płuczące zawracane są do obiegu w takiej ilości aby mogły być ponownie użyte po przeprowadzeniu ich w stan gazowy. W układzie przedstawionym na fig. 2 gaz płuczący przechodzi przez chłodnicę 32, w której oziębiany jest do temperatury poniżej jego temperatury skraplania, a następnie przechodzi do rozdzielacza fazowego H. Ciecz skondensowana w rozdzielaczu H usuwana jest z układu linią 34 i zasadniczo pozbawiony gazu oczyszczającego gaz szlachetny przechodzi z urządzenia H linią 30 do tej samej serii urządzeń, które opisano powyżej w odniesieniu do układu wskazanego na fig. 1. Gaz przechodzi przez oczyszczalnik z getterem D, jeśli to urządzenie znajduje się w układzie. Gaz szlachetny opuszczający oczyszczalnik D będzie najprawdopodobniej nasycony gazem płuczącym. Ten zaś usuwa się korzystnie w oczyszczalniku E. Jak wskazano powyżej oczyszczalnik E może zawierać desykant do usuwania pary wodnej i/lub adsorbent do usuwania skroplonego węglowodoru. Częściowo oczyszczony gaz szlachetny opuszcza oczyszczalnik E i przechodzi poprzez oczyszczalnik F, jak to opisano powyżej przy omawianiu układu na fig. 1, a oczyszczony gaz szlachetny opuszczający oczyszczalnik zawracany jest do zbiornika magazynowego gazu szlachetnego G do ponownego użycia. Kondensat

PL 191 279 B1 oddzielony w rozdzielaczu H i odprowadzany linią 34 można ponownie ogrzać i przeprowadzić w stan gazowy do ponownego użycia (jeśli to pożądane) albo można go usunąć.

Układ zilustrowany na fig. 3 jest podobny do przedstawionego na fig. 1ztym wyjątkiem, że zawiera ewentualnie układ usuwania tlenku węgla J oraz urządzenie F zastąpiono urządzeniem I będącym wysokotemperaturowym oczyszczalnikiem na bazie cyrkonu, w którym ze strumienia gazu szlachetnego wpływającego do tego urządzenia usuwany jest azot i węglowodory.

Układ usuwania tlenków węgla J można dołączać gdy gazowy strumień opuszczający komorę zawiera tlenek węgla i/lub dwutlenek węgla. Usuwanie tych gazów ze strumienia zasilającego rozdzielacz B w przypadku gdy znajduje się wnim membrana palladowa pożądane jest wcelu zabezpieczenia przed reakcją tlenku (tlenków) węgla i wodoru do metanu. Usuwanie tych gazów można przeprowadzać w temperaturach w zakresie od temperatury w przybliżeniu otoczenia do około 150°C z zastosowaniem np. gettera, katalitycznego reaktora lub adsorbentu tlenku węgla oraz urządzenia do adsorpcji do usunięcia dwutlenku węgla. Wszystkie te układy są dobrze znane i specyficzne szczegóły dotyczące różnych urządzeń nie stanowią części tego wynalazku. Przykładami odpowiednich urządzeń do usuwania tlenku węgla są urządzenia zawierające getter w postaci mieszaniny tlenek miedzi/dwutlenek manganu, metal szlachetny jako katalizator, np. pallad na nośniku, do katalitycznego utlenienia tlenku węgla do dwutlenku węgla oraz urządzenia zawierające adsorbent na bazie miedzi. Typowe urządzenia adsorpcyjne do usuwania dwutlenku węgla stanowią adsorbery wypełnione zmodyfikowanym tlenkiem glinu i/lub zeolitami takimi jak zeolit 13X, zeolit 5A lub ich mieszaniny. Urządzenie do usuwania dwutlenku węgla umieszczone jest korzystnie w linii za urządzeniem do usuwania tlenku węgla, szczególnie wówczas gdy stosuje się katalityczne urządzenie do usuwania tlenku węgla poprzez jego konwersję do dwutlenku węgla.

Urządzenie I zawiera materiał na bazie cyrkonu, taki jak stop cyrkonowo-glinowy lub stop cyrkonowo-wanadowo-żelazowy jako getter do usuwania azotu i/lub węglowodorów ze strumienia gazu szlachetnego opuszczającego rozdzielacz B. Materiały te są dobrze znane i szczegóły dotyczące ich wytwarzania oraz składu nie stanowią części tego wynalazku. Rosai i Borghi („Purification of rare gases and measurement of Iow impurity leves”, J. Vacuum Sci. Technol, Vol 11, No 1, str. 347-350, 1973) opisali zastosowanie gettera 84% Zr-16% Al do usuwania związanych gazów do „niewykrywalnych” poziomów. Usuwanie prostych węglowodorów z rzadko występującego gazu z zastosowaniem gettera 70% Zr-25% V-5% Fe opisali George iin. wGas Separation and Purification, Vol 3, No 2, str. 50-55, 1989. Przyjmuje się, że mechanizm usuwania węglowodoru polega na jego rozkładzie na powierzchni, a następnie dyfuzji wodoru i węgla do stopu. Temperatura pracy gettera na bazie cyrkonu mieści się zazwyczaj w granicach około 350 do około 700°C.

Urządzenie J można w razie potrzeby stosować w układzie przedstawionym na fig. 1, to jest w połączeniu z urządzeniem do adsorpcji kriogenicznej F. Podobnie, urządzenie I można stosować zamiast urządzenia do adsorpcji kriogenicznej F w układzie, który nie zawiera urządzenia J, jak np. w układzie na fig. 1.

Proces w układzie przedstawionym na fig. 3 jest podobny do opisanego dla układu na fig. 1. Strumień gazu opuszczającego komorę A linią 14 sprężany jest do pożądanego ciśnienia i wpływa do układu J, który może pracować w różnych temperaturach zależnie od tego jakie urządzenia do usuwania tlenków węgla zastosowano w tym układzie. Układ J usuwa cały w zasadzie tlenek węgla i dwutlenek węgla ze strumienia opuszczającego komorę A. Pozbawiony tlenków węgla gaz przepływa następnie przez urządzenie B oraz urządzenia D iE, oile znajdują się w układzie. Strumień gazu opuszczający urządzenie E (jeśli występuje), wpływa następnie do urządzenia I, które, jak wskazano powyżej, pracuje w temperaturze w zakresie około 350 do około 700°C. Gaz opuszczający urządzenie I jest pozbawiony w zasadzie azotu i węglowodorów. Ten gaz przesyłany jest następnie do zbiornika G, w którym przechowywany jest aż do czasu ponownego zastosowania w zbiorniku A.

Należy zwrócić uwagę, że zakres niniejszego wynalazku obejmuje wykorzystanie typowych urządzeń do kontrolowania i automatycznej regulacji przepływu gazów w układzie dzięki czemu proces może być całkowicie zautomatyzowany zapewniając ciągły i skuteczny przebieg.

Niniejszy wynalazek ilustrują następujące przykłady, w których, o ile nie wskazano tego inaczej, części, procenty i stosunki podano objętościowo.

Przykład 1 ₃

Zbiornik zawierający 10 m³ zanieczyszczonego neonu pod ciśnieniem atmosferycznym przepłukuje się 100 m³ wodoru w ciągu 3 godzin. Zanieczyszczenia w piecu stanowią 100 ppm tlenu, 400 ppm azotu, 100 ppm wody, 200 ppm metanu, 5 ppm argonu i50 ppm CO2. Gaz opuszczający

PL 191 279 B1 piec spręża się do ciśnienia 2000 kPa, podgrzewa do temperatury 400°C i przepuszcza przez wodorową celę przeponową (hydrogen membranę cell) zawierającą membrany palladowe. Wodorową celę przeponową można otrzymać z firmy Johnson Matthey of Wayne, PA. Po przepuszczalnej stronie membrany otrzymuje się wodór o czystości około 99,9999%, który można przesłać do zbiornika magazynowego gazu płuczącego. Po nieprzepuszczalnej stronie membrany znajdują się wszystkie zanieczyszczenia surowca z wyjątkiem tlenu, który przeprowadza się w wodę w urządzeniu membranowym.W tej części strumienia może również występować około 1% wodoru (który nie został usunięty w urządzeniu z membraną palladową).

Mieszaninę gazową opuszczającą membranę palladową ogrzewa się do temperatury 100°C i przesyła przez złoże zawierające CuO na nośniku krzemionkowym. Do tego celu można stosować preparat CuO dostępny z firmy Engelhard Corporation of Edison, New Jersey. Przed usuwaniem wodoru preparat ten utlenia się do CuO z zastosowaniem strumienia azotu zawierającego 1% O2 wtemperaturze 100°C. Po przejściu przez to złoże stężenie wodoru w strumieniu gazowym zmniejsza się do poniżej 0,1 ppm.

Strumień wychodzący ze zbiornika zawierającego CuO oziębia się do temperatury 40°C i przesyła do adsorbera zawierającego aktywowany tlenek glinu jako adsorbent (Alcoa F-200, wymiar 3 mm) i zeolit 13X (UOP 13XAPG, 6x8 mesh). Przed oczyszczaniem gazu w zbiorniku tym można stosować termiczną regenerację za pomocą azotu. Zawartość zarówno CO2 jak i H2O zmniejsza się w tym zbiorniku do poniżej 0,1 ppm.

Gazową mieszaninę opuszczającą złoże CuO oziębia się do temperatury -150°C i przepuszcza przez złoże zawierające zeolit CaA lub CaX, oba dostępne z firmy UOP Company. Zawartość zanieczyszczeń azotu i metanu zmniejsza się na tym złożu w obu przypadkach do poniżej 0,5 ppm.

W tym procesie strumień neonu zawierający poniżej 2 ppm wszystkich zanieczyszczeń odzyskuje się i przesyła do zbiornika magazynowego gazu szlachetnego. Odzysk neonu wynosi powyżej 90% jego całkowitej zawartości w piecu.

Przykład 2 ₃

Zbiornik stosowany według przykładu 1 zawierający 10 m³ zanieczyszczonego neonu pod ciśnieniem atmosferycznym przepłukiwano 100 m³ pary wodnej w temperaturze 350°C w ciągu 3 godzin. Podobnie zanieczyszczenia w piecu stanowiły 100 ppm tlenu, 400 ppm azotu, 100 ppm wody, 200 ppm metanu, 5 ppm argonu i50 ppm CO2. Gaz opuszczający piec oziębia się do temperatury 40°C i ciekłą wodę usuwa się w oddzielaczu wody. Wówczas gaz spręża się do ciśnienia 500 kPa oziębia do temperatury 25°C i ponownie wodę usuwa się w oddzielaczu wodnym.

Mieszaninę gazową z drugiego separatora wodnego przesyła się do adsorbera zawierającego aktywowany tlenek glinu jako adsorbent (Alcoa F-200, wymiar 3 mm) i zeolit 13X (UOP 13KAPG, 6x8 mesh). Przed oczyszczaniem gazu w zbiorniku przeprowadza się termiczną regenerację przy użyciu azotu. Zawartość zarówno CO2 i H2O zmniejsza się w tym zbiorniku do poniżej 0,1 ppm.

Mieszaninę gazową opuszczającą zbiornik zawierającą aktywowany tlenek glinu i zeolit 13X, ogrzewa się do temperatury 100°C i przesyła przez złoże zawierające Cu na nośniku krzemionkowym. Do tego celu można stosować getter Cu dostępny z firmy Engelhard Corporation. Przed użyciem preparat miedziowy redukuje się do metalicznej miedzi przy użyciu strumienia azotu zawierającego 1% H2 w temperaturze 150°C. Podczas przepływu przez to złoże stężenie tlenu w strumieniu gazu zmniejsza się do poniżej 0,1 ppm.

Mieszaninę gazową opuszczającą złoże gettera Cu oziębia się do temperatury -150°C i przepuszcza przez złoże zawierające zeolit 5A dostępny z firmy UOP. Na tym złożu osiąga się zmniejszenie każdego z zanieczyszczeń, tj. azotu, metanu i argonu do poniżej 0,5 ppm.

Przykład 3

Opisany w przykładzie 1 sposób postępowania można powtórzyć wcelu oczyszczenia zanieczyszczonego strumienia gazowego neonu zawierającego 100 ppm tlenu, 100 ppm azotu, 100 ppm wody, 200 ppm metanu, 50 ppm tlenku węgla i 50 ppm dwutlenku węgla, stosując etapy według przykładu 1ztym wyjątkiem, że tlenek węgla i dwutlenek węgla można usuwać ze strumienia gazowego wypływającego z pieca przed przepuszczeniem gazu przez wodorową celę przeponową, a to poprzez skontaktowanie gazu z katalizatorem hopkalitowym lub karulitowym w temperaturze około 50°C i przepuszczenie go przez złoże zeolitu 13X w temperaturze otoczenia. Urządzenia te umieszcza się

PL 191 279 B1 przed wodorową celą przeponową oraz azot i metan można usuwać ze strumienia gazowego zastępując zeolit CaX złożem ze stopu cyrkonowego, takim jak stop cyrkonowo-glinowy, w temperaturze około 500°C. Zaletą zastosowania układu według tego przykładu jest to, że w wodorowej celi przeponowej nie powstaje metan.

Chociaż niniejszy wynalazek opisano w odniesieniu do specyficznie uszeregowanych urządzeń i rozdzielania konkretnych gazów to podano to jedynie dla ilustracji wynalazku, który obejmuje rozmaite warianty. Na przykład opisanymi tu i innymi metodami rozdzielania gazów można usuwać ze strumienia gazu szlachetnego zanieczyszczenia inne niż to tutaj opisano oraz zanieczyszczenia inne niż zanieczyszczenia gazowe. Można odzyskiwać również gaz szlachetny innego pochodzenia niż z wytwórni ekranów wyświetlacza plazmowego. Zakres niniejszego wynalazku ograniczony jest jedynie treścią załączonych zastrzeżeń patentowych.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób odzyskiwania gazu szlachetnego z komory układu do uszczelniania gazu szlachetnego, w której przeprowadza się operację obróbki wymagającą zastosowania zasadniczo czystego gazu szlachetnego, znamienny tym, że:

(a) w komorze wytwarza się próżnię;

(b) wprowadza się do komory gaz szlachetny stanowiący ksenon, neon lub ich mieszaninę, dla przeprowadzenia operacji obróbki;

(c) przepuszcza się przez tę komorę gaz płuczący, wybrany spośród wodoru tlenu lub pary wodnej, z wypłukaniem zasadniczo całego gazu szlachetnego z komory z uzyskaniem gazowej mieszaniny wypływającej zawierającej gaz szlachetny i gaz płuczący;

(d) rozdziela się tę wypływającą mieszaninę gazową, metodą rozdzielania membranowego lub metodą kondensacji, na strumień gazu szlachetnego oraz frakcję pozbawioną zasadniczo gazu szlachetnego;

(e) usuwa się resztkowe zanieczyszczenia ze strumienia gazu szlachetnego, metodą adsorpcji lub chemisorpcji, z wytworzeniem dostatecznie czystego strumienia gazu szlachetnego do zawracania do ponownego użycia w operacji obróbki.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że strumień oddzielonego gazu szlachetnego i/lub frakcję gazową pozbawioną gazu szlachetnego zawraca się do komory.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się gaz szlachetny zawierający od 50% do 100% objętościowych neonu i od 50% do0% objętościowych ksenonu.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się jako gaz płuczący wodór i strumień gazu szlachetnego wydziela się z gazowej mieszaniny wypływającej metodą rozdzielania membranowego z zastosowaniem membrany zawierającej pallad.
5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, żez gazowej mieszaniny wypływającej wydziela się tlenek węgla i/lub dwutlenek węgla przed rozdzielaniem membranowym.
6. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że rozdzielanie membranowe przeprowadza się w temperaturze od 200°C do 600°C i pod ciśnieniem od 0,3 MPa do 4,0 MPa.
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że gazową mieszaninę wypływającą zawierającą tlen poddaje się reakcji poprzez kontaktowanie z palladem z wytworzeniem pary wodnej z tlenu i wodoru.
8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że dodatkowo usuwa się parę wodną ze strumienia gazu szlachetnego poddając go procesowi zmiennotemperaturowej adsorpcji z zastosowaniem desykantu wybranego spośród krzemionki, tlenku glinu, zeolitu A, zeolitu Xi ich mieszanin.
9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się jako gaz płuczący tlena w procesie rozdzielania membranowego stosuje się membranę przepuszczającą jony.
10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się jako gaz płuczący parę wodną i strumień gazu szlachetnego oddziela się od gazowej mieszaniny wypływającej na drodze kondensacji.
11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w komorze, stanowiącej część pieca, przeprowadza się operację obróbki obejmującą wytwarzanie zawierających gaz szlachetny ekranów wyświetlacza przez łączenie w podwyższonej temperaturze par planarnych sekcji z wytworzeniem szczelnej dla gazu konstrukcji, której atmosferę stanowi gaz szlachetny.
12. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że jeden lub dwa elementy każdej pary planarnych sekcji mają powłokę z wrażliwego na temperaturę spoiwa na swoich krawędziach i te planarne

PL 191 279 B1 sekcje łączy się przez ogrzewanie ich w bliskim wzajemnym sąsiedztwie do temperatury co najmniej 350°C pod ciśnieniem od 150 kPa do 200 kPa.
13. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ze strumienia gazu szlachetnego zawierającego zanieczyszczenia wybrane z grupy obejmującej parę wodną, dwutlenek węgla i węglowodory o 2 lub więcej atomach węgla oraz ich mieszaniny, usuwa się te zanieczyszczenia metodą adsorpcji przeprowadzaną w temperaturze w zakresie od 0°C do 200°C, z zastosowaniem adsorbentu dobranego z grupy obejmującej żel krzemionkowy, aktywowany tlenek glinu, zeolity, aktywowany węgiel iich mieszaniny.
14. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ze strumienia gazu szlachetnego zawierającego wodór, tlen lub oba te gazy, usuwa się je metodą chemisorpcji przeprowadzaną w temperaturze w zakresie od 25°C do 200°C z zastosowaniem gettera miedziowego, gettera niklowego lub ich mieszanin.
15. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że wytworzoną parę wodną po skontaktowaniu strumienia gazu szlachetnego z wymienionym getterem usuwa się przez skontaktowanie strumienia gazu szlachetnego z desykantem wybranym z grupy składającej się z krzemionki, tlenku glinu, zeolitu A, zeolitu Xiich mieszanin.
16. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ze strumienia gazu szlachetnego zawierającego azot, metan, tlenek węgla lub ich mieszaniny, usuwa się je metodą kriogenicznej adsorpcji przeprowadzaną w temperaturze w zakresie od -50°C do -200°C z zastosowaniem adsorbentu wybranego z grupy składającej się z zeolitu 4A, zeolitu 5A, zeolitu typu X i ich mieszanin.
17. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ze strumienia gazu szlachetnego zawierającego azot, węglowodory lub ich mieszaniny, usuwa się je metodą chemisorpcji przeprowadzaną w temperaturze w zakresie od 350°C do 700°C z zastosowaniem materiału na bazie cyrkonu.
18. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że jako materiał na bazie cyrkonu stosuje się stop cyrkonowo-glinowy, stop cyrkonowo-wanadowo-żelazowy lub ich mieszaninę.
19. Układ do uszczelniania gazu szlachetnego wewnątrz ekranów wyświetlacza plazmowego, znamienny tym, że zawiera: komorę do obróbki gazowej (A) do łączenia ekranów wyświetlacza plazmowego, połączoną z przewodem doprowadzającym gaz szlachetny (2), łączącym komorę (A) i zbiornik gazu szlachetnego (G) oraz połączoną z przewodem dostarczającym gaz płuczący (4), łączącym zbiornik gazu płuczącego (C) z komorą (A) oraz połączoną przewodem (6) z urządzeniami do wytwarzania próżni (10) oraz z przewodami wypływającej mieszaniny gazowej (14, 20, 24), łączącymi komorę (A) z wlotem urządzenia do rozdzielania membranowego gazu (B), które z kolei połączone jest po stronie przepuszczalnej strefy z przewodem zawracanego do obiegu wodoru (28) a po stronie nieprzepuszczalnej strefy z przewodem zawracanego do obiegu gazu szlachetnego (30), natomiast pomiędzy urządzeniami do sprężania gazu (18) i urządzeniem (B) umiejscowione są ewentualnie grzejniki gazu (22).
20. Układ według zastrz. 19, znamienny tym, że dodatkowo w przewodzie (30) znajdują się urządzenia (D, E, F) do usuwania jednego lub więcej takich składników jak azot, dwutlenek węgla, tlen, para wodna i węglowodory.
21. Układ według zastrz. 19 albo 20, znamienny tym, że w przewodach (14, 20, 24) dodatkowo znajdują się urządzenia (J) do usuwania tlenku węgla i/lub dwutlenku węgla, umieszczone pomiędzy urządzeniami do sprężania gazu (18) a urządzeniami do rozdzielania gazu (B).