TW436321B - Process for purifying a gas and apparatus for the implementation of such a process - Google Patents

Description

Α7 Β7 經濟部中央標準局負工消费合作社印製 五、發明説明（/ ) 本發明是蘭於一個肫化氣體的方法，特定而言是一種 霄漿基質（Plaseagenic)的稀有氣鱷，舉例而言，籯欲純化 包含四氟甲烷及甲烷的氰氣及氧氣，及施行該方法的纯化 裝置。 稀有氣«通常從空氣中K蒸餾來萃取。在蒸鑲之後， 其包含的不純物在其使用之前必被萃取掉。 因此，在氰氣及氙氣的情形，不純物主要由四氟甲烷 (CF4)及甲烷（CH4)所組成•其所含之程度可高達以K積計 的百萬分之幾百部分（PPBV)。埴些稀有氣體最經常的應用 霄要高純度的產物，並且埴些外來分子的存在是逭些應用 所不被接受的缺點。 舉例而言*氰氣被廣泛的使用於絲極電燈的部分真空 填充物。在此應用上，在埴些坦中的銪躱被加熱至非常高 的溫度•其足Μ専致四氟甲烷解雄成高腐鈾性的氟化自由 基，而因金羼授蝕導致致躲插快速的剝蝕。 更進一步，甲烷也在此溫度條件下游離，拔且產生不 结定的氣態前趨物，其在燈准的内面形成有播色外觀之含 碳的固態沉積。 如已知的及技術上的原因，稀有氣靂的純化不能Κ蒸 饑來宪成。 至今已知的純化技術基本上是基於熱琨象。 此類技術使得甲烷容島分解及/或氧化，但是其不* 合於移除四氧甲烷_其四氟甲烷是檯度穩定且幾乎沒有反 (請先閲讀背面之注意事項再成寫本頁)

本紙張尺度通用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210Χ297公釐） Α7 Β7 經濟部中央橾準局貝Λ消費合作社印製 五、發明説明u ) 應性的分子。 然而，因為四氟甲烷分子在室溫下不顯著地與固態或 氣戆介霣反應•四氟甲烷的化學轉化需要非常高的反應溫 度來達成*並且可觀的熱函（enthalpy)被轉至氣態介霣上 0 如果使用燃燒技術，可燃性氣《(通常是氬氣）需要非 窩的流動速率*因為所釋放出的热，而引起處理费用的問 圏、安全問題及工廠限制的問題。此外*此一技術不適合 於減低已經為低灌度的不炖物至撤不足道的程度。 另外一個已知的纯化技術是K在一個合適的金屬（例 如：结）上反應的熱化學分解為基礎。此技術是相當地有 效，並且不需要供應非常大噩的可燃性氣鱷。然而》其有 許多缺酤•特別是因為不可能Μ高滾逋來純化氣體、及其 實施箱要一個佔掸很大空間的裝置等事實。 更進一步•此技術獬要相當高的搡作溫度，舉例而言 *約900 至1000X3，並且使用的金颺床非常昂贵》而且具 有限的壽命。 因為上述所解釋的原因，稀有氣«的鈍化現今造成生 產埴些氣《之生產媒有限效率的主要原因》 本發明的目的是提供一涸純化氣臁的方法及施行該方 法的純化装置*以協肋克胆上述的缺K。 因此本發明的主題是一個飩化氣《的方法*其特色為 包括嫌個步驟·· -4 一 (请先閱讀背面之注意事項再—填寫本買) .裝. 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4说格（210Χ297公釐） 4 3 632 ί Α7 Β7 五、發明説明（}) —使該要被純化的氣«流fi—個中空霣介霣管； 一在該氣體中、依據行進的《磁波創造一俩霣場*其 霣磁波在該轚介質管中流動•並且合缠於在該氣tt中創造 —偭大氣歷的轚漿，其大氣靨霣漿不是局部性热力平衡* 是用於在該氣Η中解離不純物的目的·K形成有反應性的 化合物；並且 -使該形成之有反應性的化合物輿相對應之有反《性 的元素反應*來用於從要被纯化的氣《中將之移除的目的 〇 根據本發明之方法可更進一步包括一或多僩下列的特 色： 一該霣磁波是依據表面霣子管抱引（Surfatron-guide} 型式之表面波激發器產生的表面波； -在該霣介質管的區域中削逭出的該霣埸，其更進一 步包括該區域之縱向調蝥的一個步》，Μ娓整該霣漿的長 度； 經濟部中央揉準局員工消费合作社印製 (请先閲读背面之注意事項再填寫本萸) 一在使氣流娌該霣介霣管之前·加入氧氣至該要被純 化的氣«中； _包括使有反應性的化合物與_性元素（特別是《石灰 或一種嫌性水溶液）反應的步》; 一此方法更進一步包括在有反《性的化合物與相對懕 之有反應性的元索反懕的步驊之後*將氣體脫水的一個步 驊； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )六心見格（210Χ297公釐〉 43 632 J; A7 ____B7_ 五、發明説明（f ) 一該要被典化的稀有氣體是由氰氣及£(氣所姐成； —在該氣®中的不拽物是從甲烷及過氟化的氣體中灌 出，特別是四氟甲垸。 本發明的主題也是一個純化氣«的裝置•用來實施一 個純化氣嫌的方法*其特色是：其包括至少一«高頻率行 進波激發器•與一«導波管的組合，其適於引導由至少一 锢該波激發器所產生的行進波到至少一涸中空«介質管中 •而該氣«意欲在其中流動，Μ在其中削造一傾大氣壓的 霣漿，來離子化及激發該要被純化之氣《的分子，用來達 到解離該氣《中的不鈍物的目的*以形成有反應性的化合 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 安性應其達 其的 且 理。 電對 ，Μ於爾 並 思物 導栢波- 结卻 ， 來合 Μ 涸射間 連冷 隔 用化：傾一入空 管態 分； 元性色一於嫌的 質液 間具 單臈特及接瀟間.，介應 空工 個反列器連來之的霣供 的的 一 該下發面用端目該出 形劑 少的個激内其由的中定 柱卻 至處多坡其，自埸其界 圆冷 且口 或面-域之霣，柱 以態 並出一表成區筒之柱画 可氣6-, 管括個組個套向圓内 管種· 物質包一所 ΐ 該袖内與 霣一 合介步由茼括與同僩其 介間 化霣一器套包壁管一 ， 電空 的空進發形且内該括柱 該該 化中更激柱並之與包圓 及應 篥之可個圓-器造筒外.，筒供 是懕置一的管發創套個室套括 別對装每成質激中該 一卻該包 特相此一製介該其 I 及冷 19 , 於 質霣在在 ，個 装 物排 物的位到 中一 該 本紙張尺度適用中國國家梯準（CMS ) Α4規格（210X 297公釐） 43632 Α7 Β7 經濟部中央樣準局負工消费合作社印製 五、發明説明（) -該«介質管由氧化矽所组成； 一每一涸激發器是與阻抗調整的工具一起提供，其工 具包括一個形成四分坡長陷阱（quarter-wave trap)的柱塞 (Plunger)，與該套筒同粬向並且連结*使之能夠在該激 發器上沿著輪移動： -該装置更進一步包括一個工具•其調整在中空電介 霣管削埴出之霣漿的縱向； —每一個瀨發器的璧面是被削薄成接近到入射波瀟度 匾域； 一每一個激發器之坚面的別薄部分是由一片添加片所 組成，其焊接至該聖面之餘部； -該至少一僩用於處理該反應性化合物的軍元，其每 一單元由一餾驗石灰蕖筒所組成； 一該装置包括一髑濕氣镛，安置於鐮石灰蕖簡的上游 ••装置更進一步包括一個軍元，用來將該要純化的氣 髓脫水，其安置於孩單元的下游，用來處理該有反應性的 化合物； 一該表面波激發器的每一涸由一個表面電子管指引型 式的激發器所組成。 其它的特色及優點將從下列的說明中顧現*其說明完 全以實例的方式Μ及醐於所附加的麵示*其中： 一画一是根捶本發明之氣»1純化装置的_解視園•此 -7- 本紙乐尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐) ~~ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 43632 1 A7 _____B7_ 五、發明説明（古） 情形下•其中霣^施行器（applicator)是表面《子管指引 型式的一涸表面波激發器； (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一國二是國一中之裝置的處理反應器嫌向剖面視圃* 顯示該霣漿激發器； —圖三是圔一中之装置的部分细節視圃，頭示在蹵介 質管與處理霣路餘部之間的速结； 一圃四是沒有霣縈存在下留在ffl —之裝置中的氯氣紅 外線光譜圖；及 —圖五顯示在以霣漿處理之後及通過鐮石灰藥简和矽 凝膠之後•留在«介質管中的氰氣紅外線光譜圖。 _一顯示用來纯化電漿基質的氣體之装置的匾解視圖 *特別是稀有氣體*例如··氪氣及氙氣》 接著是純化裝置的敘述及其操作應用於氰氣及氙氣的 純化。 當然，本發明也應用於其它氣两的處理，例如：β氣 、氮氣、氖氣、氰氣、«氣、氰氣、氧氣、二氧化碳及氫 經清部中央標準局負工消費合作社印製- 霣， 的參 於堪 霣學 置放。放化 髏生致生理 氣產専產物 的來所而及 質化子響佈 基子霣影分 漿離的場子 。 霣的除霣霣量 之子拔因為澜 理 分上中即來 處通子其 ·Η8-0 被氣分指質氣 _ 物要用應意性的 合將以氣體的霣 混是足的氣霣放 的的的性的放生 明 目商中 質中產 氣的場為基其中 些置電初漿且其 埴裝其起霣並以 或此，從用，是 、 中是«· 氣壜其 氣數 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210Χ297公釐） Α7 Β7 經濟部中央標準局舅工消費合作社印製 五、發明説明（η ) 因為在要被純化之氣艚的霣場彩響下·創造具有缠於 WKE本發明性質之放«的可能性，基本上是由此氣體的性 質所決定*並且相對地與其濃度維持得低〔典型地是Μ» 積計的約百萬分之嫌百部分（PPBV)]之不婢物的性質無醑》 因為放電的影響，氣想分子被解離以形成自由基•其 具有的尺寸比起始分子及因此得到之雔別的原子較小。 取決於各別情形，要被純化之氣《的原子或分子被激 發•並且分子在放霣中被游雄成原子或分子片斷。然而， 被激發及/或游《的物種沒有霣際地引起化學反懕，是因 為其本質上的性質（稀有氣髓）、或因為大量能與要被處理 之氣體反懕的其它氣《沒有被専入至放«中。在經治放霣 之後*要被纯化之氣Μ原子或分子變得去激發（de-ex cited) 及/或再組合•並且因此在離開放霣時再度完整如初。 對照之下，上面所故述的不纯物是封接下來所使用之 要被純化氣《的製程有害的分子，而且所存在的小量在Μ (經由）激發進行解維，並且以形成與起始分子具有不同 性質之新的分子片» •而進行不可逆的轉化，其分子片斷 能夠在合通的固體上或合逋的液«中被處理•或立刻冷凝 ，並且自然地成為固體沉積物或顆粒。 根據本發明的一個具嫌實施例，純化裝置意欲裝置在 空氣蒸鐳装置的出口處*用來萃取《氣及氙氣，以達到破 壊不婢物分子ί例如：四氣甲烷及甲烷）、轉化埴些不純物 成為有反懕性的氣態化合物的目的•其能夠與相對應之有 (請先閏讀背面之注意事項再填寫本頁)

本紙張尺度適用中國國家榇準（CNS ) 格（210Χ297公釐） 436321 A7 B7 蛵濟部中央標隼局負工消費合作社印製 五、發明説明u ) 反應性的活性化合物作用而被處理。也建接至Μ蒸縐分離 «氣及氙氣之装置的下游。最後•其可組成一個獮立的純 化装置•其從在懕力下所脯存的«氣或氙氣、或埴兩種氣 臞之混合物的瓶中供應氣體。 為了影«此纯化，根據本發明之裝置包括一個高頻率 的《埸施行器装置1 Μ參考數字10代表•由一個表面波輻 射器所组成*其經由一個等波管連接至微波產生器14。 软装置更進一步包括：與表面彼激發器10姐合的一涸 放罨管16 >其由涵緣物質所製成•例如：氧化矽* 一俚霣 漿基質（Plasnagenic)、要被純化的氣«流烴此放電管。 表面波激發器1Q·也被稱為高頻率霄場施行器，由一 個表面電子管指引型式的施行器所組成*其與専波器12連 接，引導由撤波產生器14所產生的微波輻射到放甯管16* Μ便在要被純化的氣體中創造電漿18。 圄一也顯示放電管16被安排在Κ導霣材質所製成的一 個套茼19中，其结嫌將在下面鼷於鼸二中被詳细敘述。 沿著要被肫化之氣髖的流動方向*連接下游至管線 20(其在霣場施行器10之外）·其用來收集被激發的氣賸至 處理單元22，其由一個包含鹹性元素（例如：«(石灰或一種 驗性水溶液）的藥筒及一個氣«脫水箪元2 4所组成。 此外管線20包括兩個分支軍元26及28*其以相對應 的W門（例如：30及32)控制•並且Κ加封的方式裝罝於其 上·取樣室34及36，是達到使用傅立絮（Fourier)轉換紅外 -10- (請先閲讀背面之注項再填寫本頁) 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS > A4規格（21〇Χ 297公釐） ^3632 j A7 B7 五、發明説明（？） 揲光譜儀來分析無鱺之目的。 埴些取樣室是**光繒-技術e(Spectra-Tec)的簞一通逋 型態的取樣室，具有約100«米的長度，給予充份足夠做為 所擬定之應用的偵测限制。其以不鏽網製成· Μ避免另外 產物的產生•其可出規Μ矽製成之取攆室的情況••可在氣 髓通通於管媒16中所創造出的放霣之後，被某些氟化的產 物所侵害。取搛室的視窗是M BaF2所製成· BaF2在紅外 線光譜儀分析之相對波長範園内*具有一傾非常低的吸收 〇 最後•圈一顧示放霣管16經由一價冷卻筒38連接至管 線20 |其结構將稍後蹰於圔三而敘述。 該表面波施行器10琨在將闞於黼二而敘述。 如前所述的*該施行器10是由一個表面霣子管指引的 施行器所組成較佳。 經濟部中央樣準局貝工消費合作社印装 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 施行器10包括第一部件40*形成一 «導波器，並且意 欲Μ導波器12傅送微波韉射•而且是沿蓍於此圚中K箭號F 表示的方向•及同輔向的第二部件，被稱為阻抗匹配部件 42·其自身由基本上為圓柱形的第一部件4 4所組成*與連 结於其上之放竃管16同袖向，使之能夠在袖上移動，和一 «調諧柱塞46，其形成四分波長陷阱（quarter-wave trap) ·與第二部件48·其也基本上是Μ柱形的，被安排 在導波器12的延伸上，而且提供一«可移動的導波器柱塞 50，如圚一所顯示。 -11- 本紙張尺度適用中國國家標準（CMS ) A4規格（210Χ 297公釐） A7 B7 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 五、發明説明（γ) 在騙二中可見：調讅柱塞4 6被固定在一個可滑動垫豳 52上，K鐡氟餌（TeflonR)所製成的為優。 表面電子管指引器（surfatron-guide)lO更進一步的提 供控制柱塞46及50之tt位置調整的工具•逭些工具由桿子 53及54所姐成，其可由操作者手動操作或K引擎工具帶動 •以藉由調節調諧柱塞46及専波器柱塞50的位置•來達到 阻抗匹配微波產生器/専波器糸统至表面霣子管指引霣漿条 铳的目的。 必須指出：同_柱塞46藉著四分波長陷阱（<11181^01·--wave trap)提供不接觸的短路，其容許离表現的搡作及 幾乎不必維修。 更進一步，鏍絲釘5 6提供在供表面轚子管指引器10的 本身•在已進行調整之後，來達到鎖定調斜柱塞4 6位置的 目的。 在圔二中可更進一步見到：一個栓子58·用來限制調 諧柱塞46的袖上移動，其限制在相對應的控制桿53上* Μ 逹到預先設定調諧（tuning)的目的。 一如前面所提及的•表面電子管指引器是限制在圄柱 形套筒13的內面，其内面是放霣管16的所在。其連接使得 能在相對應於第一部件4 4做袖上移動·其中第一部件4 4是 輿放霣管16及調皤柱塞46同輪向的*以達到調整表面《子 管指引器之發射空隙（launching gap)的寘度。 更進一步，表面霣子管指引器10的本身包括—涸將套 -1 2 — (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙浪尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格{ 210X297公釐） 43632 Α7 Β7 經濟部中央橾準局貞工消費合作社印製 五、發明説明（II ) 茼19的固定在位置上的装置，由横向鏢躱釘62所姐成。 袭简19具有兩傾同輪向的壁面64及66，其兩者之間界 定出一個®柱形的密閉室68*其與水冷式迺路7Q貫通，其 部分顧示於匾二中·並且容許套筒19在管16之中的放電期 闢冷卻。 此外|放霣管16與套筒19的内壁面6 4—起界定出一個 基本上是圓柱形、與生產«7 4連接的空隙72 (部分顯示）· 用來在壓力下供應氣β，以達到使氣流被迫流到在放霣管 16與套筒19之間的空隙72的目的* Κ提供額外的冷卻。舉 例而言*氣態的冷卻液是以壓縮機形成之在壓力下的空氣 0 逭些冷卻工具必需在大氣®下搡作*其轚漿達到明顯 較低於在氣《中之霣子的溫度*但是僅管如此，埋是能夠 在沒有冷卻的情形下•使得放霣管16熔化。 最後，在圖二中可見到：套苘19自由端銜接至導波器 40 ，並且與後者的內壁面6 4—起界定出一個空賺76*利用 局限於在此點的微波纆由一偁表面波而被傅送至霣漿。 必須指出；表面罨子管指引器10接近空隙76之壁面的 剖面* Κ從導波器40之外壁面移除物質的方式，被削薄到 在0.5至0.7橐米之間的厚度，使之不干擾表面波的激發， 而沒有經由加热構成専波器40壁面的结嫌而發生撤波強度 的重大損失。 也必須抱出：空隙7 6可薄著在同釉第一部伴4 4的粬上 -13- (讀先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度適用t國國家榡準（CNS ) Α4规格（2丨ΟΧ297公1 ) 43632 ί Α7 經濟部中央標準局男工消费合作社印製 Β7五、發明説明（A ) 移動套筒19、及使用蟻絲釘62鏔定來諏整。當該裝置搡作 在高撤波強度時•此調整以用遒免在空隙76中之霣弧彤成 ，而使得姐抗匹配最佳化成為可能。 最後，放霣管16的自由端78連接至被處理氣體的來源 ，此並未顯示•舉例而言*由一個空氣蒸鑼裝置所組成， 使得此氣流經過表面霣子管指引器。 在掸作上· K產生器14產生的微波輻射*用導波器12 専至表面霣子管指引器10,其在空隙76中壤嫌射入的輻射 *使之在放«管16中及氣體混合物中前進*該氣嫌混合物 中包含一個行進的霣磁表面波，其與«場相结合，而產生 及維持在氣髖滔合物中的放霣。 必須指出：表ffi霣子管指引器10的建埴容許入射波的 «場沿著放電管16»的方向、經過空陳76而連通至霣漿基 質（P1 a s b a g e n i c )的氣 β。 在要被純化的氣體中因此產生的霣漿*是一個柱狀的 形式*並且其霣子密度根據已知的功能從空隙中逭離而減 低0 較佳地*為了得到不純物顆粒相當長的停滯時間•使 得要改質幾乎所有的不纯物，該裝置Μ在放《管16中調整 «漿的嫌向大小的工具而完成。埴些工具由一個用來調整 微波強度的装置所姐成，其通常與微波產生器14一起配備 ;此裝置使得在創造的霣湯中調整該匾域的縱向大小成為 可能*以已知的方式•當強度增加時*此Β域的長度增加 -14 _ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α如ϋ ( 2^0X 297公楚) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4363之 j A7 B7 五、發明説明（0 ) Ο 此外•必須指出：放霣管16的直徑被理得夠小，舉例 而言，其外徑相等於8«米•並且內徑相等於4¾米|以得 到軍一電漿絲棰•其在該管的輪中心•並且可以一個结定 及再製的方式建立。 瑄是因為，當在大氣懕下搡作時•特别是具有低热導 性的氣應下•例如：餌氣、氰氣及《氣*在足夠大之直涅 的情形下•當賅管的内徑堆加時，霣漿本身的直徑不墦加 ，使得在該管的用_流動之要被處理的氣體被加以漸增的 衰減激發（a 11 e n t u a t e d e X c i t a t i 〇 n)。 更進一步·伴随蕃不規則的行為及固定在放轚管之壁 面上的可能性，而可形成幾儷霣槳錄極•其可等致放爾管 的損壊。 經濟部中夬標隼局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 然而•可想像地·為了增加可容許的潦動速率* Μ平 行組合幾個小直徑的放電管•而其每一個具有其霣壜施行 器’用來產生《漿，並且接著處理在單一反鹰[性元件上之 氣髖的媳流動。也可能為了增加在霣漿介質中的分子滯留 時間，在相同的管中、Κ幾個霄壜施行器來創造幾個埋鱭 的放霣。 如前面所提及的•已敘述的安排使得在鼋漿基霣 (Plasmagenic)、要被純化之氣《的通路及後者中製造霣獎 成為可能•其霣嫌是在非常高之霣子能量激發的位置，相 對應於幾萬度絕對溫度（kelvin)的溫度，因此容許以霣子 -1 5- 本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準扃貞工消費合作社印聚 ό32 1 璉 Α7 Β7五、發明説明（ 播擊構成該氣體之原子及分子的激發*並且特別是不纯物（ 例如：含四«甲烷及甲烷）的分子從相當薄定的化學狀態轉 化成有反應性的狀態•因此在其立即及自發性的冷凝成固 «的沉憒或顆粒形式（氟化碳聚合物、碳黑、等）之後，或 箱著使其與相對應之固»或液體反應物反應，而因此接著 使其被排除，將於稍後敘述。必須了解：要被純化之氣« 的原子及分子也在所放的轚中被激發•但是其在雛藺後者 時立刻進行去激發（de-excitation)及/或再姐合·並且此 外*其不與要被純化之氣體後來流通其上之固體或液體有 反應性的化合物反應。 必須注意：K此装置所削造的霣漿是不在局部热力平 衡 （LTE)的。 在此形態的電漿中，只有存在於介質中的電子被提升 至高能量•嫌子及中性物種的溫度維持得低的多·事實上 是有某些物種相當接近室溫。 在一饀不是熱力平衡的糸統中，大量不同的狀態可用 變化放電的參數來達到，舉例而言，電磁埸的頻率、放霣 管的直徑、所吸收之微波的力量密度及添加輔助氣《之要 被處理氣體的組成。 另一方面•如果我們考慮在局部热力平衡（1^£)之霣漿 的情況•其中所有的物種是在相同的非常高溫下*鐮反應 平衡不是鐮是偏好達成特定的化學轉化製程•並且特刖是 其不以變化放霣管的參數來改變。 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準（〇阳）六4%格（2丨0/297公1) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝. ，va 線 A7 B7 經濟部中央標隼局負工消費合作社印裝 五、發明説明（π ) 在局部热力平衡（LTE)的任何焦统中，轉化的最终狀態 基本上是以蹩個糸統的溫度來測定。 不想要的反應路徑可能在此情況下被偏好|一如基本 轉化使用成所要的结果。另外*非常高的介質热函等致装 置的限制（冷卻等），並且維持此热函是非常花费能纛的。 因此*可Μ想像：在此装置中所產生的放電，其不是 局部熱力平衡，而是活躇地較有效率，而且提供找尋較佳 化操作條件的可能性，用來進行所預見之分子的轉化。 更進一步，Μ鞴由轉化成為有反應性的物種所需調整 在放霣管中U之霣漿的長度，可能調整分子及不纯物的滯 留時間，調整至足夠將在處理之末的不炖物所餘濃度到預 先設定的程度，而因此將系統的霣力消耗降至最小。 如上面所提及的，冷卻軍元3 8被插入在放電管16及管 線 20之間，用來達到從連接區域移除热的目的。埴是因 為在氟氣的情況下•會》察到非常大量的放热*其不在電 介霣管之中，而在其埋接至管繚2 0之後的相酈處，在放霣 之下游幾十公分處的一涸區域。此現象可Κ用Μ氣中之亞 穩 （netastable)能量態的延遵去#發（de-excitation)來 解釋，是因為在放霣苷（高流動速率及小直徑）中該氣嫌的 高黏度。 也可能是去激發在金屬或聚合物所製的管線中發生* 比在矽管中為佳〇 沒有冷卻工具•管埭2 0快速地達到不能雉持其完整性 -17- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X 297公釐） 43 632 A7 B7 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 五、發明説明（…） 的不相容溫度*甚至是如果其K不鏞_製成（金靥在幾分鐘 搡作之後變得熱紅）時。因此該裝置包括在放霣管的出口處 有一個由網或不鏞鋼線ffl(coil)所組成的热交換器，在其 中要被處理的氣態流流通，該線圈被包含在一涸其内有水 循瓌的不鏽網夾雉物（enlcosure)之中。 热交換器是設計使得在後者出口處的管媒溫度在穩定 態垛作期間雄挎足夠的缠中，一般是在lUOt：之下。 更進一步，在放電管與热交換器之間提供一個可移動 式連接的需要，是須使用以聚合物材質[鐵氣饞（註冊商摞 * Teflon®)】製的封裝套環，其加熱必須絕對的被限制。 埴是為什麽以循琪水來冷卻連接頭的冷卻筒也提供，並且 這將會被詳细地解釋。 參照匾三•可見到冷卻简包括一個外殼80,其界限出 後來的密朗室81·並且提供在其一蟠與缠接頭8 2來固定其 至放轚管16·並且自其另一皤與凸緣8 4來連接放罨管16至 管線20。 此外·冷卻筲38與導管86—起提供使水進入密閉室81 *並提供水出口導管S8。 在搡作上•氣體流經放霣管16、與在密閉室81之中所 存在的水交換热，因此容許連接頭之鐵鎭龍（註冊商欄， Tef lonlO套環89完聱無缺。也必須指出：在長時間的埋纗 操作下*較佳的是用不鏽_3161、而不是用聚合物來製造 管線2Q·聚合物對腐蝕性的介質有高抵抗性•例如：锇氟 -1 8 _ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4规格{ 210X297公釐） 632 f Α7 Β7 經濟部中央標準局負工消资合作社印製 五、發明説明（ιΊ ) 龍（註冊商檷）（TeflonR)PFA (遇氟烷氧基樹胞）。逭是因為 似乎較佳地時常更換金屬管鑲*金屬管嫌在酸類的濃度低 時腐蝕相當的慊·而不冒敝由聚合物過熱引起事故。 現在將實驗结果分別MH於騙四及五來顯示，當其沒 有放電及當其放霣時，紅外線吸收光繒是氰氣在難開該装 置時為波數的參數，逭些结果是使用分析室34及3δ而得到 的。 在埴些分析室34及36中進行的分析是在此装置穩定的 操作情形已建立之後所進行的，以渔免有任何由電路的内 壁上或在«(石灰床上之吸附/脫附製程所造成的一時規象被 考嫌:進去。 在此穩定相的期間•該分析室是被獨立起來*並且氣 體流烴相對應的旁通管支道。為了取樣該氣髓，閱門開放 與闞閉的程序被相同的簠禊•並且檢査一僱分析室中壓力 總是保持一定。 參考光譜是使用一個用鈍氮氣排氣遇的分析室來記錄 。氣體樣本的淨傅導Τ是Κ此參考光譖相除而得到·該參考 光繒是累積光譜儀的光學、光镢的放射光譜及偵测器之反 應的貢獻而成的，此兩者大半》時間而改變。 吸收是使用波爾-Μ波特（Beer-Lambert)定律、從 A=log(l/T)的闞係來計箕。 產物是箱由與雠存在記憧中的參考光譜比較而鑑別出 *每一個光繒相對應於一儒已知的化合物》 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） (請先閲讀背面之注項再填寫本頁)

A7 B7 經濟部中央樣準局員工消費合作社印黎 五、發明説明（) 為了定量該因此鑑別出的化合物，使用校正的樣本* 假設在波峰底下的面積是與每單位》積之振動鍵數成正比 Q 首先參照四中，可K見到：氪氣分析顯示在1283公 分-1及3017公分-1的波蠔*瑄些是分別相對應於四氣甲烷 及甲烷。瑄些波蜂相對應於要被纯化之氰氣中有起始潇度 為百萬分之172部分（ppb)的四氟甲垸及百萬分之3 3 5部分 (PPB)的甲烷。 此外*水的特激波峰被顴察到是在1500公分—1的區 域，並且波數大於3500公分~ ι ，而且在光譜儀室中殘存 大氣Μ之二氧化碳的特徴波峰在2380公分-1 。 此外*必須指出：要被纯化的氣β不含有其它有可見 濃度之不婢物。 現在參考醒五，此麵顯示氰氣在其繾開放電時（曲線1> 及其鐮開該装置時（曲線II)的吸收光譜。 如前所述，要被處理的氣皤流出物由縝氣所組成*在 流動逮率為每分» 20標準升（si·) *即每小時1.2立方公尺 •並且射入的微波強度是150 0瓦。 為了改進轉化四氟化碳成為有反應性的物種之製程的 實雎性•在其流經電介質管16之前，氧氣被加入至氰氣中 0 然而•在氰氣中產生之此一表面波霣漿中，興在其它 氣粗中產生之霣漿中比較I可容許的氧氣灞度是非常的有 -20* (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29?公釐） A7 B7 經濟部中央橾準局貝工消費合作社印製 五、發明説明（（7 ) 限。更特定而言•在輿射入氣《中的四氟化碳濃度具有 相間的最等级之氧氣濃度之上時•霣漿在顔色上的改變非 常快速，而且變得不穩定且多妹捶的β自疽些有疑問的條 件下*氧氣最大的流動速率較佳地是固定在每分鐮20摄準 立方公分（see·)» 表面轚子管指引器10的阻抗調頻是事先Μ空隙76的長 度來調整，其在同袖調箱柱塞46的位置及在導波柱塞50的 位置上。 必須指出：霣漿被播擊（struck)的同時•只有後兩者 的調整•也就是諝鍇柱塞4 6及導波柱塞5 0♦藉著使用操作 桿53及54來調整。 此外•空隙76只以璦步壜近法來調整，為了不使操作 者曝霣於不符合安全播準的洩»輻射中•其改變可Μ在不 衡擊罨漿下而逹成。 已調頻系铳後，可得到只有幾瓦的反射強度，即：少 於1百分比入射波的強度。 已建立所放的電後，冷卻茼3 8的上游分析顬示（曲線I) :在四氟甲烷及甲焼之特徽波峰的高度有相當大的減少， 分別是在1283公分-1及3Η7公分-1 •僅管在縱座禰的 刻度是K10的次方增加，並且在放«中由反應所形成之產 物的特微波峰外觀是一方面由酸類•例如：HF、COF2 、 SiF 4及HCN所姐成，且另一方面，是由CO、C2 H2所組 成0 "21- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝- ir 本紙張尺度適用中國國家褚準（CNS ) Λ4規格（210X297公釐> A7 B7 五、發明説明（/) 曲線II顦示酸類在矽凝膠简的下游不再可偵測到。 埴留在該裝置中之氰氣裡的不純物之定量轷估，是箱 由比較從四氟甲烷及甲烷之校正混合物所得的傅立絮 (Fourier)轉換紅外線光繒訊號來進行，其顯示所餘的濃 度是四氟甲烷為0.3趙稹百萬分之一部分（ppm v)及甲烷為 3髑積百萬分之一部分（ρρην) ◊因此可觀察到不純物的漘 度大大地減少，特別是四氟甲垸，其低於規定中的規範限 制。 Μ於甲烷，可能可Μ進一步使用習知的技術來降低其 所餘的濃度：Μ加入額外一個平台（stage)、使用，去氧化 "(deoxo)型式的热處理技術，其使Μ習知方式破壤甲烷成 為可能，此平台被安置於該装置的上游•以遴免在放霣管 上的任何沉稹、或其它掂夠在較高之氧氣流動速率下搡作 的額外電漿處理平台，來處理甲烷。另外•其然後必須提 供一個去碳單元|來移除所餘的二氧化碳。 經濟部中央標準局負工消費合作杜印製 (請先閲讀背面之注$項再填寫本頁) 此外*要注意：在被純化氣«中的二氧化碳所餘濃度 是合法曝S值之平均的等级中*即：50百萬分之一部分 (ΡΡ·ν)。然而，可能容易地以連鑛低灌蒸餾步驟從被純化 氣體中萃取之*來達到釋放之至大氣中的目的。 更進一步_ C2 Η2及C0Z兩者可非常容易地以吸附在 分子籂上來移除。 在圈一中的示範具體資廉例中•氣《脫水單元由矽凝 膠所組成。然而，可能以分子筛替代此矽凝膠*舉例而言 -22"· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )厶^^格（210X297公釐） j A7 B7 經濟部中央橾準局貝工消費合作社印製 五、發明説明（>1 ) ，"13X-型式的分子篩。更進一步·特別的過濾器可被置 於分子篩的下游*來埋免固《含碳顆粒出現在核裝置的出 口端0 更進一步|該裝置可優越地以置於»(石灰上游之習知 型態的獼氣檄來完成·Μ避免因漸進乾嫌後者所造成的效 率損失，其乃因為在埋鑛操作中要被肫化氣體之流動速率 的影響，並且帝動流動的氣體與水接觸•使得此氣體變得 充滿蒸氣。 因此*剛才提及的敘述可應用至氟氣及纸氣的純化， 但是當然上面所述的純化製程可也應用至其它型態之霣漿 基質 （plassagenic)氣»，特別是氬氣*並旦通常是對氣 體的纯化而言，例如：飆氣、氖氣、氰氣、氙氣、氰氣、 氧氣、二氧化碳、及fi氣。 然而，本發明使得特別有效率地纯化氰氣成為可能· 此氣體能夠產生一種霣漿*其具有相當長的滯留時間及其 原子是栢當的冷。 因此，上面所提及之不純物主要是由四氟甲烷及甲烷 所組成，但是當然本發明也應用至含有其它不純物之氣» 的纯化*特别是其它遘氟化氣體或氣態的氫氟碳類。 最後，在本發明的上面敘述中·是使用表面霣子管指 引器來產生霣漿。做為一個變數•也可掂提供該裝置其它 离頻率霣漿製造装置•舉例而言，闞於表面波的表面指引 器（81^【381|1(16)或”羅箱”（ro-box)，或可埋擇之已知型 -2 3- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 本紙張尺度遑用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） j A7 B7 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 五、發明説明（A) 態的回音腔（resonant-cavity)装置•或其它用於βϋ傳導 之導霣结構之一，其也已知為：梯狀、蠼旋形、或環编著 霣介質管外面的蝙旋细線结構。 在此較後者的具«實施例中•在其中流動的霣磁波不 是一個表面波•霣漿的縱向是以缠當地諝整製埴《漿装置 的大小，使得霣漿沿著放轚管延伸超遇足构的長度，Μ得 到所要的霄漿長度。 本發明上面所提及的敘述被應用至氰氣及筑氣、或者 逭兩種氣體混合物的純化。 當然，一如上面所提及的•本發明也應用至其它電漿 基質（Plasmagenic)氣》的處理•並且特別是氮氣的處理 •其為一種霄漿在其中可達到相對於在其它氣臞（例如·· « 氣）中較高溫度的氣髖。 在此情形下•冷卻液流經介質管及套筒19的外圓 柱 86所界定出的密閉室68·其較佳地是由異烷屬烴的阿 爾法（alpha-)烯頬聚合物（A0P)所組成•由魁北兒（Quebec) 路比叠爾塔（Lubri Delta Inc.}公司所皈賣，其習知用於 水力埋路（hydaulic circuits)。 習知地•在氮氣中的表面波放霣比ft氣、氪氣或铒氣 電漿有較少的轜射減低，並且射出光的S域是«射狀的經 放霣管的剖面而非區域化。 為了將霣漿密度最小化至接近管的內壁•三個參數必 須在氮氣中產生霣漿的情形下被测Μ·其為：放霣管的内 -24- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝· 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X 297公釐） 經濟部中央梯率局負工消费合作社印製 A7 B7五、發明説明（β) 徑、在激發器内莖上所建構、Μ做為該管通路之兩個孔洞 (orifice)的直徑，及激發器接近射入波澜度區域7β壁面之 變薄的ft。 因此*當放霣管之内徑被薄擇為相等時，舉例而言· 在氪氣及A氣的情況下為4毫米，在氣氣中產生霣漿的情形 時•該管16之内徑增加至14«米的值*使之能夠在放霣時 、於所給定之滯留時間內 > 增加要被婢化之氣粗的瘅滾動 速率，而不明顯地減少要被處理之不婢物的轉化效率*並 且同時將轚漿密度減少至最低*以接近放《管的内壁。 然而*可觀察到在某些直徑以上，不鈍物的破壊效率 滅低*特別是因為放霣的密度減低。因此*較佳地選擇是 内徑等於10*米。 因此·為了埵免在使用氮氣做為轚漿基質（Plasmagenic ic)氣嫌的情況下會減少鹿量效率，在使用接近入射波瀠 度區域76之放電管16具有10毫米内徑及0.5或1 «米的厚 .度之情況下，用於放霣管16通路之激發器莖上所製之孔润 係壤擇相當於13«米*另一個孔洞是在第一個孔涧的另一 面，其在激發器10的壁面上，Μ做為套筒19及該管16的 通路•具有約等於22奄米的直徑·而套筒19具有18至 18奄米之間的外徑。 最後，必須注意在上面敘述之示範實施例中，接近空 隙 76之表面霣子管指引器1〇的蘧面剖面，被從専波器4〇 的外莹移除材霣而削薄•使之不千播表面波的激發。 "25· 本紙張尺度ϋ國國家梯準（CNS ) Α4規格（2Ϊ0Χ 297公釐) (祷先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 43 6d2l Μ) Α7 Β7 五、發明說明（>y) 做為一涸變數，也可能為了加逑修復陁行器0tj操作， 必須有一涸電弧在空隙之間發展，以提供激發器壁面之削 薄部分一個環犹彤式的添加物陴，來調整逢緣及焊接至激 發器壁面的所餘部分。 絰濟部智慧財產局員工消費合作社印製 牛要元83 1 0 表 面 波 激 發 sa art 1 2 導 波 器 1 4 HA Uw. 波 產 生 器 1 6 fLi 電 管 1 8 電 漿 1 J. 9 套 筒 r.) 0 管 媒 f) 2 處 理 單 元 «’ 4 氣 體 脫 水 1 元 r^, 6 分 支 蛋 元 *"Λ 8 分 支 眾 元 3 0 閥 »J| 2 BB m 3 4 取 樣 室 δ : 取 樣 室 3 8 m 蜇 元 4 0 部 件 2 部 (牛 -26- <請先閱讀背面之注意事項再和寫本頁) 訂. -線 Γ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公釐） 43632 j Β7 A7 五、發明說明（>ί) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 部件 4 柱塞 4 8 部i牛 5 0 τ± m 5 乙 墊圈 5 3 桿 5 4 桿 5 6 5 8 栓子 6 0 套管 6 ·) 蹂绦釘 6 4 壁 ΰ 壁 6 8 室 7 0 迴路 Ύ 空隙 η 4 管線 6 空隙 **? 8 自由端 8 0 外殼 s 1 .室 8 2 連接頭 8 4 凸緣 -27- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國_家標準（CNS)A4規格（210 X 297公« ) 五、發明說明) 6 8 8 8 Α7 Β7 線線 管 管 --------------V-.裝— <請先閱讀背面之ii意事項再填寫本頁) 訂： .線 Γ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

S 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. ί A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 、申請專利範圍 h —種用來純化氣體的方法，其特徵為其包括幾個步 驟所組成： —使該要被纯化的氣體流經一個中空踅介質管U E5); 一在該氣體中、籍著在該電介質管（丨6 )中流動的流動 電磁波產生一個電場，並且合適於在該氣體中創造一傾大 氣遲霄漿’其大氣壓霄漿不是局部熱力平衡，是用於在氣 體中解離不纯物的目的，以形成有反應性的化合物；反 一使該形成之有反應性的化合物與相對應之有反懕ί生 的元# UZ，24)反懕，其搿於從被纯化的氣體中將之移除 的目的： 2 · 根撺串請專利範圍第1項的方法，其特遨為該踅磁 波是以一個表面電子管指引器（surfatron-guide)形態的表 固波激發器（1 (1)所產生的表面波。 3.裉據申請專利範圍第1及2項之任何一項的方法，其 持徵為在該電介質管（16)的一涸區域中釗造該電場，其更 進一步包祜一涸調整該區域之縱向方向的步驟，以調蝥該 電漿的畏度。 4 .根據申請專利範圍第1項的方法，其特徵為在度該 氣體流經該電介質管（16)的步驟之前，加入氧氣至該要被 純化的氣髖中。 5 .根據串請專利範圍第1項的方法，其特徵為該步驟 包祜使有反懕性的氣態化合物與一個鹼性元素（2 2 )反應， 特别是餘石灰或一種鹼性水溶液。 本纸張尺度適用中园國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） C諳先間讀背面之注意事項再填窝本頁) .I1T -線

   Μ、申請專利範圍 根據申請專利範圔第1項的方法，其特徵為更進一 步包括一個氣體脫水的步驟，其在有反應性的化合物與相 #遲之有反應性的元素反懕之後。 裉據申諌專利範圍第1項的方法，其特澈為該氣體 是由氪氣或氙氣组成。 8 .根據申請專利範圍第1項的方法，其特徵為在該氣 體中的不純物是選自甲烷及過氟化的氣體，特別是四氟甲 烷〇 9 - 一個純化氣體的装置，吊來簧施裉據申請專利範圍 第丨至8項之任何一項的純化方法，其符徴為：其包括至 少—榷高頻率的流動波激發器（[())，與導波器（丨2 )驵合， 該導波器適用於引導以至少一膈該波激發器（1 Q )所產生的 流動波，到至少一涸中空電介質管（1 6)中，在其中該氣體 意欲流動，K在其中創造一個大氣壓電漿，用來離子化及 激發該要被純化之氣體的分子，而達到解離在該氣體中之 不纯物，以形成有反應性之化合物的目的，持別是氟化化 合物，並且至少一涸單元（2 2、2 4 )用來處理被安排在該相 對應之中空電介質管（1 6)出口的該有反應性化合物C i〇.根據串諸專利範圍第！3項的装置，其特激為每一闼 激發器（1 0 )由一假表面波瀨發器所組成，並且包括一涸K 導電材料製成之圓柱狀的套茼（13)*在其中安置了 一涸相 對應的電介質菅（1 6 )，以及一個區域（7 6 )，用來為濃縮位 於該激發器（1 〇)的內壁面與該葚茼的自®端之間之空間的 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) ---------------- <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂. ί -線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

   六、申請專利範圍 射入波，Μ達到在其中創造一個與該管（丨s)同铀的一個霄 場❶ Π*根據申謓專利範圍第ig項的装置，其特徵為該套 筒（19)包括一個内圓柱（84)，其中該電介質管（16)是安置 在其中，及一個外圓柱（64)，其與該内圓柱（64)界定出一 個冷卻室（δ 8 )，來供應一種液體冷卻劑。 i 2 .根據申請專利範圍第丨(j及u項之任何一項的装置 ’其特徵為該套筒（1 S )及該電介質管（1 6 )是以圓柱彤的空 間（7 z)分開，並a其包括用來提供該空間~種氣態冷卻 劑的工具（7 4 ): I 3 .根據申請專利範圍第1 Q項的装置，其特澂為電漿 在其中產生的該要被純化的氣體，是由氮氣所組成，該放 電管的内徑是小於或等於1 4毫米，而且較佳的是等於約1 ϋ 牽米。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 4 ·根據申請專利範圍第1 3項的裝置，其特徵為該激 發器（1 0 )的壁面，其接近濃縮射入波的區域（7 6 )，包括― 龋做為放電管U 6)通路的孔洞，其具育約等於1 3毫米直徑 ，，而該菅（1 S )具有內徑1G毫米，Κ及©括為該套茼（丨9)及 該管（U)通路的第二涸孔洞，其具育直徑約等於22毫米< 1 5 .根據申謓專利範園第S項的裝實’其特徵為在該電 介質管ί U )由氧化矽所詛成。 1 6 .根據申諳專利範圍第S項的裝置•其特徵為每-假 表面波激發器U G)以阻抗調整工具提供.，其包括一個）肜 -3- 本紙張又度適用中國困家標準（CNS)A4規格（210 x 297公S ) A8B8C8D8 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 六、申請專利範圍 成四分波長陷阱（quarter -wave Uap)的調諧柱塞（4S)， 此柱塞與該套筒同轴，並且安置而使之能夠在該激發器 U 〇)中同軸地移動。 根據申請專利範圍第S項的装置，其特徵為其更進 一步包括兩來調整在該中空電介質管（16)中所產生電漿之 縱向方向的工具。 i s .裉據串請專利範第s項的装置，其特徵為每一涸 激發器（1Q)的壁靣被削薄成接近1人射波濃度的區域（7 6 ) 0 1 9 ·根據申請專利範圍第1S項的装置，其特徵為每一 個激發器（1 0 )之壁面被削薄的部分由被添加的物件所組成 :其被焊接至該壁面的所餘部分-、 2 ϋ .根據审誚專利範圍第3項的装置，其特澂為用來處 理該有反應性化合物之至少一涸該簞元（2 2 )的每一個， 其是由一涸鹼石灰茼所姐成。 2 i .根據申請專利範圍第2 ϋ項的装置，其特激為其包 括一涸被安排在該鹼石灰茼（2 2 )的上游的濕氣櫧 2 2 .根據申請專利範圍第9項的裝置，其特澂為其更進 一步包括一個甩來脫水該要被純化氣體的單元U4)，該m 元被安排在該軍元（2 7 )的下游，用來處埋該有，5應性的化 合物 2 b、.根據申請專利.範圍第S項的装置，其特徵為該表 面波激發器U 0)的每一個，.其是由表面電子管指引器 -4 一 本紙張尺度適用中國國家標準（匚〜5)六4规格（210 * 297公釐> (請先閱讀背面之注帝項再填寫本頁) 訂. -線 Γ / 頜 / _D8 六、申請專利範圍 Γ u Λα Π ο U S Θ d 成 組 所 器 發 激 個 一 的 態 (請先閱讀背面之注意ί項再填寫本頁) .I訂· 丨線 Γ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇χ 297公g )