TW201607887A - 藉由變壓吸附的三氟化氮的純化 - Google Patents

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Abstract

本發明關於一種變壓吸附方法，其使用裝填有能顯現對NF3勝過CF4的選擇性的吸附劑之塔由被四氟化碳(CF4)污染的供料氣體製造純化的三氟化氮(NF3)產物氣體。該方法將該供料氣體分離成CF4濃度比該供料氣體更高的第一產物氣體及CF4濃度較低的第二產物氣體而不使用惰性載運氣體，同時基本上回收所有NF3。該方法包括以該供料氣體填充該塔直到該塔達到第一壓力，移除該第一產物氣體，而且接著移除該第二產物氣體，在該第二產物氣體被移除的情形中該塔係於第二壓力。NF3和CF4的沖洗氣體可用以移除該第一產物氣體或該第二產物氣體。

Description

藉由變壓吸附的三氟化氮的純化
本發明大體上關於一種用於將三氟化氮純化，而且更具體地藉由變壓吸附自三氟化氮移除四氟化碳的以吸附為基礎的方法。
三氟化氮(NF3)係有著許多工業應用的氣體，特別是在製造顯示器、半導體和光伏打裝置時。舉例來說，NF3常用作為矽晶圓的電漿蝕刻製程的蝕刻劑。在工業製程中使用NF3時常見的挑戰係存有四氟化碳(CF4)，典型NF3製程常見的副產物。舉例來說，NF3常藉由氨與氟氣的反應製造，該氟氣經常包括CF4當污染物，或藉由使用碳陽極的電解法製造，該電解法使CF4與期望的NF3一起產生。的存在可能不利地衝擊使用NF3的製程。舉例來說由於存有CF4使碳可能在電漿蝕刻期間與NF3一起沉積。因此，吾人所欲為在使用之前將CF4的NF3氣體純化。
本發明的具體實施例包括用於將被四氟化碳(CF4)污染的三氟化氮(NF3)純化之方法，其係藉由先以第一量的基本上由NF3和CF4組成的供料氣體來填充吸附塔直到該吸附塔達到比該吸附塔的初始壓力更高的第一壓力為止，其中該吸附塔包括選擇性地吸附NF3勝過CF4的吸附材料。該吸附劑材料將會吸附該供料氣體的一部分NF3，被吸附的部份其NF3濃度比該供料氣體更高，其中於該吸附塔中的未被吸附部分的供料氣體具有比該供料氣體更高的CF4濃度。接著從該塔移除第一產物氣體，其具有比該供料氣體更高的CF4濃度。接著從該塔移除第二產物氣體，其具有比該供料氣體更低的CF4濃度。等到移除該第二產物氣體之後，該塔係於比該第一壓力更低的第二壓力。含有NF3和CF4的沖洗氣體可用以協助移除該第一產物氣體，但是該方法不包括於任何步驟使用任何實質量的惰性載運氣體。該吸附劑材料可為沸石。
本發明的具體實施例另外包括用於分離NF3和CF4的混合物之方法，其包括提供以優先吸附NF3勝過CF4的吸附劑材料裝填的吸附塔，該塔包含供料端和相對於該供料端的產物端，該二者最初關閉著；打開該吸附塔的供料端；並且使第一量的包含NF3和CF4的供料氣體流入該吸附塔的供料端直到該吸附塔達到第一壓力為止，以致使該第一量的供料氣體的一部分NF3被該吸附材料吸附。接著打開該吸附塔的產物端，而且使第二量的供料氣體流入該吸附塔的供料 端以保持該吸附塔內的第一壓力，同時使CF4濃度比該供料氣體的CF4濃度更高的第一產物排出該吸附塔的產物端。接著關閉該吸附塔的供料端，以致使CF4濃度比該供料氣體的CF4濃度更低的第二產物排出該吸附塔的產物端直到該吸附塔達到比該第一壓力更低的第二壓力為止。
本發明的具體實施例另外包括用於分離包含NF3和CF4的混合物之方法，其包括提供以優先吸附NF3勝過CF4的吸附劑材料裝填的吸附塔，該吸附塔包含供料端和相對於該供料端的產物端，該二者最初關閉著；打開該吸附塔的供料端；使第一量的包含NF3和CF4的供料氣體流入該吸附塔的供料端直到該吸附塔達到第一壓力為止，以致使該第一量的供料氣體的一部分NF3被該吸附材料吸附。接著打開該吸附塔的產物端，以致使CF4濃度比該供料氣體的CF4濃度更高的第一產物排出該吸附塔的產物端直到該吸附塔達到比該第一壓力更低的第二壓力為止，及，等到該吸附塔達到該第二壓力之後，使CF4濃度比該供料氣體的CF4濃度更低的第二產物排出該吸附塔的產物端直到該吸附塔達到比該第二壓力更低的第三壓力為止。
100‧‧‧變壓吸附設備
200‧‧‧吸附塔
210‧‧‧供料端
220‧‧‧產物端
310‧‧‧供料氣體
320‧‧‧供料閥
410‧‧‧沖洗氣體
420‧‧‧沖洗氣體閥
510‧‧‧第一產物氣體
520‧‧‧第一產物閥
530‧‧‧第二產物氣體
540‧‧‧第二產物閥
550‧‧‧產物端閥
610‧‧‧泵
本發明能從下列詳細描述同時關聯隨同的圖式閱讀獲得最佳的理解。要強調的是，根據慣例，圖式中的不同特徵並未按照比例。相反地，為求清晰而將不同特徵的尺寸擴大或縮小。圖式中包括下列圖形： 圖1描繪用以根據本發明的示範具體實施例將被CF4污染的NF3供料氣體分成CF4濃度比該供料氣體更高的第一NF3產物氣體及CF4濃度比該供料氣體更低的第二NF3產物氣體之設備的加工流程圖；圖2描繪根據本發明的示範具體實施例將被CF4污染的NF3供料氣體分成CF4濃度比該供料氣體更高的第一NF3產物氣體及CF4濃度比該供料氣體更低的第二NF3產物氣體之方法流程圖；圖3描繪根據本發明的示範具體實施例從該吸附塔移除該第一產物氣體和該第二產物氣體之條件流程圖；圖4描繪根據本發明的示範具體實施例從該吸附塔移除該第一產物氣體和該第二產物氣體之條件流程圖；及圖5描繪根據本發明的示範具體實施例從該吸附塔移除該第一產物氣體和該第二產物氣體之條件流程圖。
本發明的具體實施例包括利用變壓吸附將包括三氟化氮(NF3)和四氟化碳(CF4)的供料氣體分離成二產物氣體：CF4濃度比該供料氣體更高的包括NF3和CF4的第一產物氣體及CF4濃度比該供料氣體更低的包括NF3和CF4的第二產物氣體。用於本說明書時，“變壓吸附”表示用以根據吸附劑於不同壓力(包括低於周遭壓力的壓力在內，真空變壓吸附)的構成氣體相對親和力將氣體混合物分離的任何製程。
儘管分離NF3和CF4的方法係為已知，但是該等 習知方法卻遭遇到數個能經由本發明避開的缺點，包括，但不限於下列者：首先，載運氣體經常用以載運該NF3和CF4供料氣體經過該純化製程，需要另一製程從該純化的NF3產物氣體移除該惰性載運氣體。其次，其經常需要冗長的純化時間，其限制該製程的商業可行性。第三，其經常產生含有大量CF4的廢棄流，但是也含有某量的NF3。因為NF3生產昂貴，所以吾人所欲為回收儘可能多的NF3當商業上可行的產物而且因此不欲使任何NF3流失於廢棄流。
本發明的具體實施例藉由，不從被污染的NF3氣體移除廢棄流，而使用變壓吸附製程將被CF4污染的NF3分成CF4濃度較高的第一氣體以供能容許較高濃度CF4的第一市場及CF4濃度較低的第二氣體以供其應用對CF4高度敏感且因此需要供應高純度NF3的第二市場來處理這些缺點。結果，本發明的具體實施例能製造期望純度的NF3氣體，基本上不會浪費任何NF3。具體實施例不再需要使用惰性載運氣體，於是避免需要另一製程從該產物氣體移除該惰性載運氣體並且降低成本。在一具體實施例中，該製程包括先以第一量的基本上由NF3和四氟化碳(CF4)組成的供料氣體來填充包括選擇性吸附NF3勝過CF4的吸附材料的吸附塔直到該吸附塔達到比該吸附塔的初始壓力更高的第一壓力為止；從該吸附塔移除CF4濃度比該供料氣體更高的第一產物氣體；及，等到移除該第一產物氣體之後，從該吸附塔移除CF4濃度比該供料氣體更低的第二產物氣體。等到移除該第二產物氣體之後，該塔具有比該第一壓力更低的第二壓力。
參照圖1，本發明的具體實施例將主要包括NF3和CF4的供料氣體310純化。該供料氣體310的CF4濃度可介於，舉例來說，約20ppm至約1000ppm，但是該製程也能於此範圍之外的CF4濃度下作業。該供料氣體310也可含有微量的其他化合物，但是這些化合物的濃度實質上低到不足以影響該分離製程的運行。該供料氣體310係藉由變壓吸附利用包括以能選擇性吸附NF3勝過CF4的吸附材料於第一壓力下裝填的吸附塔(後文中，“該塔”)200之設備100來分離，其中該NF3於比該第一壓力更低的第二壓力下從該吸附材料脫附出來。該NF3的選擇性吸附可基於均衡選擇性，其中該NF3比該CF4對該吸附材料具有較高親和力；以NF3與CF4之間的相對吸附速率為基礎的動力學選擇性；或均衡和動力學選擇性二者。均衡選擇性吸附材料較佳包括能提供高電荷密度中心的經金屬陽離子交換的沸石以便與NF3的分子偶極交互作用。均衡選擇性吸附材料的非限定實例包括經鹼金屬或鹼土金屬交換的沸石，例如LTA(林德A型(Linde type A))、FAU(八方沸石)、CHA(菱沸石)和ERI(毛沸石)型沸石。動力學選擇性吸附材料具有接近NF3(動力學直徑3.6埃)和CF4(動力學直徑4.6埃)的分子大小的細孔大小或細孔開口，亦即，具有介於約3.6埃至約4.6埃的細孔大小。動力學選擇性吸附材料的非限定實例包括經策劃而具有於期望範圍的控制尺寸的細孔開口之沸石和碳分子篩。有些吸附材料，特別是某些沸石，較佳可同時顯現對NF3勝過CF4的均衡和動力學選擇性。適合的沸石可為合成或天然的。在一較佳具體實施 例中，該吸附材料包括菱沸石，例如Honeywell UOP製造的AW-500 MOLSIVTM吸附劑，其主要包括帶較小量毛沸石的菱沸石。在一示範具體實施例中，該吸附材料係呈丸粒、擠出物、珠粒、顆粒形式或具有能填入該塔200的任何適當直徑的任何其他適合吸附劑形式。根據眾所周知的吸附分離工程原理，該吸附材料的大小和形狀取決於分離的規模。
該塔200可包括該供料氣體310進入該塔200通過的供料端210及移除該等產物氣體510、530通過的產物端220。該供料氣體310流入該塔200可藉由供料閥320來控制。該等產物氣體510、530流出該塔200可藉由產物端閥550來控制。於不同具體實施例中沖洗氣體410也可流入該塔200的供料端210，其中該沖洗氣體410的流量可藉由沖洗氣體閥420來控制。等到通過該產物端閥550之後，該等產物氣體510、530可藉由第一產物閥520和第二產物閥540輸送至不同位置。根據眾所周知的吸附分離工程原理，該塔200的尺寸取決於分離的規模。儘管具體實施例能以該設備100的觀點來描述，但是咸了解運送往來該塔200的相關氣體的其他構型皆可利用而不會悖離本發明的範疇。咸了解，儘管圖1僅描繪單一塔，但是該製程也可運用並聯的多重塔，其中該製程係交錯安排於該多重塔之間以允許更多供料氣體和產物氣體的連續流。
參照圖2，根據方法20，該供料氣體310係利用該設備100分成CF4濃度比該供料氣體310更高的第一產物氣體510及CF4濃度比該供料氣體310更低的第二產物氣體 530。
首先，於該方法20的步驟22，給該塔200填充第一量的供料氣體310直到該吸附艙的壓力達到第一壓力P1為止。儘管該較佳壓力P1將取決於該吸附材料的吸附劑性質，但是在一示範具體實施例中，該第一壓力P1可介於約絕對壓力1磅/平方吋(psia)至該供料氣體310的壓力。關於該AW-500吸附劑，據發現約20psia至約30psia的壓力P1較佳，但是明確地說較高和較低的壓力皆算在內。於壓力P1下，裝入該塔200的吸附材料將會從第一量的供料氣體310吸附大量的NF3，所以該塔200含有相對於該供料氣體310較富含NF3的吸附相及較富含CF4的未吸附相。
於該方法20的步驟24，接著自包括至少一部分未吸附相的塔200移除該第一產物氣體510，所以該一產物氣體具有比該供料氣體310更高濃度的CF4。
於該方法20的步驟26，接著移除該第二產物氣體530同時使該塔中的壓力降至比該第一壓力P1更低而造成該吸附相脫附的第二壓力P2。結果，從該塔200移除該吸附相當作該第二產物氣體310的一部分，所以該第二產物氣體310具有比該供料氣體310更低的CF4濃度。儘管該較佳壓力P2將取決於該吸附材料的吸附劑性質，但是在一示範具體實施例中，該第二壓力P2可為低於P1的任何壓力，其提供期望的分離輪廓。
由於脫附的結果，該吸附材料將其能力再生以選擇性地吸附NF3而且該製程可接著重複另一循環。在一些具 體實施例中，如下文更詳細地描述，該第一產物氣體510的一部分、該第二產物氣體530或二者可於介於P1與P2之間的中間壓力下，或由於該塔200從P1移至P2而於不斷改變的壓力下移除。關於該AW-500吸附劑，據發現約.5psia至約15psia的壓力P2較佳，但是明確地說較高和較低的壓力皆算在內。
下文關聯圖3至5更詳細地描述可從該塔200移除該第一產物氣體510和該第二產物氣體530(亦即，執行該方法20的步驟24和26)的不同示範條件。為了從該塔200移除該第一產物氣體510，沖洗氣體必須流入該塔200，如圖3所描繪的，或該塔200中的壓力必須降至低於P1的壓力，如圖4所描繪的。在一些具體實施例中，沖洗氣體和降低壓力可用以從該塔200移除該第一產物氣體510，如圖5所描繪的。
參照圖3，該第一產物氣體510和該第二產物氣體530可藉由方法30從該塔200移除(亦即，執行該方法20的步驟24和26)，該方法30包括，等到使該塔200中形成該吸附相和該未吸附相之後，先打開該產物端220並且從該塔200的產物端220移除該第一產物氣體510，同時打開該供料端210並且使該沖洗氣體410流入該塔200的供料端210以保持該塔200中的壓力P1(步驟32)。使該沖洗氣體410流入該塔200的供料端210迫使至少一部分未吸附相排出該塔200的產物端220。為了避免將任何實質量的不欲化合物，舉例來說惰性載運氣體引進該塔200，該沖洗氣體410實質上僅含有NF3和CF4。在一示範具體實施例中，該沖洗氣體410係第二 量的供料氣體310。在另一具體實施例中，其中該方法已經執行至少一循環，該沖洗氣體410可為某量的第二產物氣體530。等到收集到期望量的第一產物氣體510之後，可關閉該供料端210並且可停止該沖洗氣體410的流動而且可從該塔200的產物端220收集該第二產物氣體530，同時該塔200中的壓力從P1降至P2(步驟34)。
參照圖4，該第一產物氣體510和該第二產物氣體530可藉由方法40從該塔200移除(亦即，執行該方法20的步驟24和26)，該方法40包括，等到使該塔200中形成該吸附相和該未吸附相之後，先打開該產物端220並且從該塔200的產物端220移除該第一產物氣體510而不使用該沖洗氣體410，同時該塔200中的壓力從P1降至P’，其中P1>P’>P2(步驟42)。由於該塔200中的壓力從P1降至P’，一部分吸附相將會脫附而且迫使至少一部分未吸附相排出該塔200的產物端220，與圖3中的上述沖洗氣體410的作用類似。等到收集到期望量的第一產物氣體510之後，可從該塔200的產物端220收集該第二產物氣體530，同時該塔200中的壓力從P’降至P2，造成該吸附相的剩餘部分脫附(步驟44)。
參照圖5，該第一產物氣體510和該第二產物氣體530可藉由方法50從該塔200移除(亦即，執行該方法20的步驟24和26)，該方法50包括，等到使該塔200中形成該吸附相和該未吸附相之後，先打開該產物端220並且從該塔200的產物端220移除該第一產物氣體510而不使用該沖洗氣體410，同時該塔200中的壓力從P1降至P’(步驟52)。一旦 該塔200達到P’，便打開該供料端210而且使該沖洗氣體410流入該塔200的供料端210以保持該塔200的壓力P’，同時持續不斷從該塔200的產物端220移除該第一產物氣體510以從該塔200清除剩餘部分的未吸附相(步驟54)。如先前所述，在一示範具體實施例中，該沖洗氣體410係第二量的供料氣體310。在另一具體實施例中，其中該方法已經執行至少一循環，該沖洗氣體410可為某量的第二產物氣體530。等到收集到期望量的第一產物氣體510之後，關閉該供料端210並且可停止該沖洗氣體410的流動而且可從該塔200的產物端220收集該第二產物氣體530，同時該塔200中的壓力從P1降至P2(步驟56)。
從關聯圖3至5的上述選項選出從該塔200移除該等產物氣體510、530的較佳選項取決於數個因子，包括選用的吸附劑和吸附劑特性、操作壓力範圍、該供料氣體中的CF4濃度、該第一產物氣體510與該第二產物氣體530之間的目標選分(target split)及該第二產物氣體530的期望CF4濃度。該供料氣體310分成該第一產物氣體510和該第二產物氣體可根據以下二性質而加以特徵化：分離因子，定義成該供料氣體310的CF4濃度對該第二產物氣體530的CF4濃度之比率，及產物選分(product split)。關於沒使用沖洗氣體的具體實施例，產物選分係定義成該第二產物氣體530的莫耳量對供至該塔200的供料氣體310的莫耳量之比率。關於用某量的供料氣體310當該沖洗氣體410的具體實施例，產物選分係定義成該第二產物氣體530的莫耳量對該供料氣體310 的莫耳量加該沖洗氣體410的莫耳量總和之比率。關於用某量的第二產物氣體530當該沖洗氣體410的具體實施例，產物選分係定義成該第二產物氣體530的莫耳量減該沖洗氣體410的莫耳量對該供料氣體310的莫耳量之比率。
因為避免基本上沒有NF3流失的製程本質必需基本上也沒有CF4流失，所以最大分離因子將受到該第一產物氣體510與該第二產物氣體530各自的要求特徵所束縛。因為降低該第二產物氣體530的CF4濃度將提高該第一產物氣體510的CF4濃度，所以該第二產物氣體的CF4濃度可以僅降至第一市場仍能接受該第一產物氣體510的CF4濃度的點。能提供該容許CF4的第一市場可接受的第一產物氣體510和該對CF4敏感的第一市場可接受的第二產物氣體530之分離因子或分離因子範圍決定了，便可計算出能造成確定的分離因子或分離因子範圍之產物選分或產物選分範圍。舉例來說，NF3供料氣體可含有120ppm CF4而且該第一市場和該第二市場可分別地具有500ppm和100ppm的CF4容許極限。因此，該分離因子必須為至少12(120ppm/10ppm)以滿足該第二市場的要求。知道該第一產物氣體不可含有多於500ppm，該最大產物選分就沒沖洗氣體的製程而言可按照120ppm*(供料量)=10ppm*(第二量)+500ppm*(供料量-第二量)求出。解出(第二量)/(供料量)造成77.5%的產物選分。由分離因子12和產物選分77.5%開始，該分離因子可被提高以提供較高純度的產物給該第二市場，但是該產物選分必定得降低使該第一產物保持足夠的純度。因此可見得較佳具體實 施例不一定將分離因子最大化。知道期望的分離因子或分離因子範圍及期望的產物選分或產物選分範圍，普通熟悉以此揭示內容為基礎的技藝者將明瞭如何調整適當的變數(例如，P1、P2、P’、該第一產物氣體510的量及該第二產物氣體530的量)以達成該期望的分離因子和產物選分。
在一些具體實施例中，可用泵610來提高該塔200內的壓降速率，或用來將該塔中的壓力降至低於平衡壓力(例如，大氣壓力)以促進該吸附相的完全脫附。儘管上述方法30、40和50各者皆包括從該塔200的產物端220移除該等產物氣體510、530而且該等方法30和50各者皆包括使該沖洗氣體410流入該供料端210，在一些具體實施例中該產物可從該供料端210移除，該沖洗氣體可流入該產物端220，或二者。也可從該塔的二端抽走該等產物氣體510、530。然而，因為該未吸附相的CF4將傾向朝該產物端220集中，該第一產物氣體510可優先從該產物端220移除以使該第一產物氣體510所含的CF4量最大化而且因此提高該第二產物氣體530的純度。
實施例 實施例1
為了證實根據方法20和30的本發明具體實施例的變壓吸附製程，以879g的0.16cm直徑的AW-500吸附劑丸粒來裝填內徑為4.8cm且長度為78cm的吸附塔。該塔最初含有與AW-500於2.7psia和周遭溫度(25℃)達到平衡的 NF3。
將含有101ppm CF4的NF3供料氣體於6.9標準升/分鐘(sLpm)下引進該塔的供料端經過60秒直到該塔中的壓力達到20psia為止。使含有7ppm CF4的NF3沖洗氣體，欲模擬該第二產物氣體，於1.5sLpm下流入該塔的供料端經過60秒同時從該塔的產物端移除該第一產物氣體以保持20psia的壓力。該第一產物氣體具有1.5L的體積，其含有430ppm CF4。接著將該塔的供料端關閉同時移除該第二產物氣體直到該塔返回其初始壓力2.7psia為止，其係於60秒內完成。送到該塔的供料氣體係為6.9L。該1.5L的沖洗氣體模擬用以製造該第一產物氣體的6.9L第二產物氣體(從前一循環收集到)的那部分。該第二產物氣體具有6.9L，其僅含有9.9ppm CF4。因為從該塔移除當成該第一產物氣體的氣體和該第二產物氣體的總體積(1.5L+6.9L=8.4L)等於供入該塔當成供料氣體或沖洗氣體的體積(6.9sLpm x 60s+1.5sLpm x 60s=8.4L)，所以分離的結果沒有NF3流失。如以上定義的，該產物選分係為(6.9L-1.5L)/6.9L=78.2%，而且該分離因子係101ppm/9.9ppm=10.2。
實施例2
除了該供料氣體含有31ppm CF4而且該供料氣體的流速提高至7.0sLpm以外，重複實施例1的製程。該塔內的不同壓力及該流速和組成沒有改變。該第一產物具有1.5L的體積，其含有120ppm CF4，而且該第二產物具有7L的 體積，其含有5.6ppm CF4。該產物選分從實施例1來看沒變，(7.0L-1.5L)/7.0L=78.6%，但是該產物氣體降低的CF4濃度造成31ppm/5.6ppm=5.5之降低的分離因子。
實施例3
除了具有初始壓力為15psia的NF3以外，使用實施例1所述的塔，將含有31ppm CF4的NF3供料氣體於2.8標準升/分鐘(sLpm)下引進該塔的供料端經過60秒直到該塔中的壓力達到29.5psia為止。使含有7ppm CF4的NF3沖洗氣體於0.7sLpm下流入該塔的供料端經過60秒同時從該塔的產物端移除該第一產物氣體以保持29.5psia的壓力。接著將該塔的供料端關閉同時移除該第二產物氣體直到該塔返回其初始壓力15psia為止。
該第一產物氣體具有0.7L的體積，其含有66ppm CF4，而且該第二產物氣體具有2.8L，其含有19.5ppm CF4。該產物選分係為(2.8L-0.7L)/2.8L=75.0%，而且該分離因子係31ppm/19.5ppm=1.6。儘管於較低分離因子和產物選分，但是此實施例顯示該製程不需真空便可運作，其可降低操作成本。
實施例4
除了該沖洗氣體流量提高至1.0sLpm以外，重複實施例3的製程。其他參數沒有改變。該第一產物具有1.0L的體積，其含有53ppm CF4，而且該第二產物具有2.8L的體 積，其含有14.6ppm CF4。該產物選分係(2.8L-1.0L)/2.8L=64.3%，而且該分離因子係31ppm/14.6ppm=2.1。提高該沖洗氣體流速改善該分離因子，但是降低該分離選分，那表示只要該分離因子還足以滿足二市場，降低的沖洗氣體速率便可改善產物選分。
儘管已經引用若干指定具體實施例和實施例舉例說明並且描述於上，但是還是沒有使本發明限於所示的細節的意思。而是，不同的修飾可依照申請專利範圍的等效例之範疇和範圍以內的細節完成而且不會悖離本發明的精神。明確地說吾人所欲為，舉例來說，此文件中廣泛列舉的所有範圍將落於該等較寬廣範圍內的所有較窄範圍皆包括在內。此外，一具體實施例的特徵可併入另一具體實施例中。
100‧‧‧變壓吸附設備
200‧‧‧吸附塔
210‧‧‧供料端
220‧‧‧產物端
310‧‧‧供料氣體
320‧‧‧供料閥
410‧‧‧沖洗氣體
420‧‧‧沖洗氣體閥
510‧‧‧第一產物氣體
520‧‧‧第一產物閥
530‧‧‧第二產物氣體
540‧‧‧第二產物閥
550‧‧‧產物端閥
610‧‧‧泵

Claims (23)

  1. 一種用於將三氟化氮(NF3)純化之方法，該方法包含：以第一量的基本上由NF3和四氟化碳(CF4)組成的供料氣體來填充吸附塔直到該吸附塔達到比該吸附塔的初始壓力更高的第一壓力為止，其中該吸附塔包括選擇性地吸附NF3勝過CF4的吸附材料；於是該吸附劑材料吸附了該供料氣體的一部分，被吸附的部分其NF3濃度比未被吸附的部分更高；從該吸附塔移除CF4濃度比該供料氣體更高的第一產物氣體；及，等到移除該第一產物氣體之後，從該吸附塔移除CF4濃度比該供料氣體更低的第二產物氣體，其中等到移除該第二產物氣體之後該塔具有比該第一壓力更低的第二壓力。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該供料氣體的所有係呈該第一產物氣體的一部分的方式，呈該第二產物氣體的一部分的方式移除，或留於該吸附塔。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中：從該吸附塔移除該第一產物氣體包含藉由使基本上由NF3和CF4組成的沖洗氣體流入該吸附塔同時移除該第一產物而基本上保持該吸附塔中的第一壓力；及移除該第二產物氣體包含將該吸附塔內的壓力降至該第二壓力。
  4. 如申請專利範圍第3項之方法，其中該沖洗氣體包含第二量的供料氣體或某量的第二產物氣體。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中：從該吸附塔移除該第一產物氣體包含將該吸附塔內的壓力降至介於該第一壓力與該第二壓力之間的第三壓力；及移除該第二產物氣體包含將該吸附塔內的壓力從該第三壓力降至該第二壓力。
  6. 如申請專利範圍第5項之方法，其另外包含，等到該吸附塔達到該第三壓力之後，持續不斷移除該第一產物氣體同時藉由使基本上由NF3和CF4組成的沖洗氣體流入該吸附塔而保持該吸附塔中的第三壓力。
  7. 如申請專利範圍第6項之方法，其中該沖洗氣體包含第二量的供料氣體或某量的第二產物氣體。
  8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在該方法任何步驟的期間皆沒使惰性載運氣體流入該吸附塔。
  9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該吸附劑材料包含均衡選擇性材料(equilibrium-selective material)。
  10. 如申請專利範圍第9項之方法，其中該均衡選擇性材料包含選自由LTA(林德A型(Linde type A))、FAU(八方沸石)、CHA(菱沸石)和ERI(毛沸石)型沸石所組成的群組的沸石。
  11. 如申請專利範圍第10項之方法，其中該均衡選擇性材料包含主要為CHA沸石和較小量毛沸石的混合物。
  12. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該吸附劑材料係對NF3具有動力學選擇性且細孔開口介於約3.6埃至約4.6埃的材料。
  13. 一種用於分離包含NF3和CF4的混合物之方法，該方法包含：提供以優先吸附NF3勝過CF4的吸附劑材料裝填的吸附塔，其中該吸附塔包含供料端和相對於該供料端的產物端，其中該供料端和該產物端最初關閉著；打開該吸附塔的供料端；使第一量的包含NF3和CF4的供料氣體流入該吸附塔的供料端直到該吸附塔達到第一壓力為止，於是使該第一量的供料氣體的一部分NF3被該吸附材料吸附；打開該吸附塔的產物端；使第二量的供料氣體流入該吸附塔的供料端以保持該吸附塔內的第一壓力，於是使CF4濃度比該供料氣體的CF4濃度更高的第一產物排出該吸附塔的產物端；及 關閉該吸附塔的供料端，於是使CF4濃度比該供料氣體的CF4濃度更低的第二產物排出該吸附塔的產物端直到該吸附塔達到比該第一壓力更低的第二壓力為止。
  14. 如申請專利範圍第13項之方法，其另外包含：打開該吸附塔的供料端並且關閉該吸附塔的產物端；使第二量的供料氣體流入該吸附塔的供料端直到該吸附塔達到該第一壓力為止，於是使該第二量的供料氣體的一部分NF3被該吸附材料吸附；打開該吸附塔的產物端；使一部分第二產物流入該吸附塔的供料端以保持該吸附塔內的第一壓力，於是使CF4濃度比該供料氣體的CF4濃度更高的第三產物排出該吸附塔的產物端；及關閉該吸附塔的供料端，於是使CF4濃度比該供料氣體的CF4濃度更低的第四產物排出該吸附塔的產物端直到該吸附塔達到該第二壓力為止。
  15. 如申請專利範圍第14項之方法，其中該方法不包含使用實質量的惰性載運氣體。
  16. 如申請專利範圍第14項之方法，其中該吸附劑材料係選自由LTA、FAU、CHA和ERI型沸石所組成的群組，及對NF3具有動力學選擇性且細孔開口介於約3.6埃至約4.6埃的材料。
  17. 如申請專利範圍第16項之方法，其中該吸附劑材料包含主要為CHA沸石和較小量毛沸石的混合物。
  18. 一種用於分離包含三氟化氮(NF3)和四氟化碳(CF4)的混合物之方法，該方法包含：提供含有優先吸附NF3勝過CF4的吸附劑材料的吸附塔，其中該吸附塔包含供料端和相對於該供料端的產物端，其中該供料端和該產物端最初關閉著；打開該吸附塔的供料端；使第一量的包含NF3和CF4的供料氣體流入該吸附塔的供料端直到該吸附塔達到第一壓力為止，於是使該第一量的供料氣體的一部分NF3被該吸附材料吸附；關閉該吸附塔的供料端；打開該產物端，於是使CF4濃度比該供料氣體的CF4濃度更高的第一產物排出該吸附塔的產物端直到該吸附塔達到比該第一壓力更低的第二壓力為止，及，等到該吸附塔達到該第二壓力之後，使CF4濃度比該供料氣體的CF4濃度更低的第二產物排出該吸附塔的產物端直到該吸附塔達到比該第二壓力更低的第三壓力為止。
  19. 如申請專利範圍第18項之方法，其另外包含當該第一產物排出該吸附塔的產物端時使第二量的供料氣體流入該吸附塔的供料端以保持該吸附塔內的第二壓力。
  20. 如申請專利範圍第19項之方法，其另外包含：打開該吸附塔的供料端並且關閉該吸附塔的產物端；使第三量的供料氣體流入該吸附塔的供料端直到該吸附塔達到該第一壓力為止，於是使該第三量的供料氣體的一部分NF3被該吸附材料吸附；關閉該供料端並且打開該產物端，於是使CF4濃度比該供料氣體的CF4濃度更高的第三產物排出該吸附塔的產物端直到該吸附塔在關閉該產物端之前達到比該第一壓力更低的第二壓力為止；打開該吸附塔的供料端；當該第三產物排出該吸附塔的產物端時使一部分第二產物氣體流入該吸附塔的供料端以保持該吸附塔內的第二壓力；及關閉該供料端並且打開該產物端，於是使CF4濃度比該供料氣體的CF4濃度更高的第四產物排出該吸附塔的產物端直到該吸附塔達到該第三壓力為止。
  21. 如申請專利範圍第18項之方法，其中該方法不包含使用實質量的惰性載運氣體。
  22. 如申請專利範圍第18項之方法，其中該吸附劑材料係選自由LTA、FAU、CHA和ERI型沸石所組成的群組，及對NF3具有動力學選擇性且細孔開口介於約3.6埃至約4.6埃的材料。
  23. 如申請專利範圍第22項之方法，其中該吸附劑材料包含主要為CHA沸石和較小量毛沸石的混合物。
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