从气体中除去杂质的方法技术

通过使用催化氧化而纯化二氧化碳。将二氧化碳暴露于至少一种催化剂下，氧化至少一部分不挥发的有机残余物，从而形成送往一种应用的纯化的二氧化碳。处于近临界、临界、或超临界相的二氧化碳可以暴露于催化剂下。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】从气体中除去杂质的方法相关申请本申请要求2002年2月19日提交的系列号为60/358,065的美国临时申请的优先权。上述申请的全部内容在此引入作为参考。专利技术背景提供给食品和饮料消费者的二氧化碳通常要满足通常所说的增强的配料品级(EIG)的纯度规格。这一纯度的二氧化碳足以满足饮食中的用途，并且大多数装置可以制造它。有一些应用要求二氧化碳的纯度要比EIG的还高。例如，超临界流体萃取和超临界流体色谱法就要求少量纯度更高的二氧化碳。更高纯度二氧化碳的种类的实例包括超临界流体萃取(SFE)和超临界流体色谱法(SFC)品级。这些品级的二氧化碳通常是以放在钢瓶中的形式提供的。要求高纯度和超高纯度(UHP)二氧化碳的另外的应用近来已有发展。这些包括药物加工，半导体加工(例如，光刻胶的去除和晶片清洗)，微电机系统(MEMS)干燥，和金属靶清洗。早先用于纯化二氧化碳的方法包括蒸馏。通常使用的技术是单级蒸馏，其中从贮罐或钢瓶中取出二氧化碳蒸汽并使其经由冷凝装置，在那里它部分冷凝。重杂质浓缩在所得的液相中。所得纯化的蒸汽相被送到所述应用中。通过取出蒸汽域(Vapor space)，杂质的浓度比提供的液体降低约一个数量级。该方法的效能取决于冷凝压力。当冷凝压力增加时，蒸汽相中重组分的浓度增加。因此，在较低的压力下达到较好的分离。不幸的是，在低压下二氧化碳不能以液体的形式存在，致使对于那样的压力来说单级蒸馏将是无效的。在单级蒸馏有效的那些压力下，杂质清除的程度对于要求高纯度和超高纯度二氧化碳的应用来说又是无法接受的。另外，当从钢瓶中放出蒸汽时，压力降低。如果压降快，则液体的沸腾将导致明显的紊流。这种紊流可能会把小液滴弹射入蒸汽域中。这些小雾滴包含增加浓度的杂质，会与蒸汽一起被取出。-->另一种从二氧化碳中除去杂质的方法是吸附。二氧化碳经由包含吸附材料，如活性碳的床。杂质被吸附到所述材料上，具有较少杂质的二氧化碳则流出所述床。美国专利5,470,154公开了使用两个吸附剂床来除去杂质，同时生成99.999％的二氧化碳的方法。一个床包含分子筛或矾土，另一个床包含活性碳。这一提纯在接近于大气压力下进行，对于除去某些种类的杂质来说可能是无效的。R.Zito在Proceedings of SPIE，4096卷(2000)的“CO2 SnowCleaning of Optics”中公开了一种使用吸附床的装置来解决提供超高纯度二氧化碳的问题，这种超高纯度二氧化碳用于使用干冰霜来精密清洗光学器件。美国专利6,099,619公开了一种应用端(point-of-use)净化器，该净化器通过使二氧化碳经由用于提纯的吸附床而生成高纯度的二氧化碳蒸汽。所述吸附床的大小取决于需要的二氧化碳的量和质量。当用于净化二氧化碳时，吸附床具有一些缺点。首先，吸附床不能从二氧化碳中有效地除去某些类型的杂质，因为大多数吸附剂对于二氧化碳和杂质两者都具有强的亲合力。这导致发生对于吸附点的竞争，降低吸附剂的吸附能力。其次，吸附床不能有效地从二氧化碳中除去某些尺寸的杂质。由于，杂质中可能包括就尺寸和组成而言宽范围的分子，因此难以设计出将捕获所有这种分子以便使二氧化碳达到所需纯度的吸附剂系列。在液体吸收提纯中，包含杂质的二氧化碳蒸汽与洁净的二氧化碳液体接触。二氧化碳蒸汽中的杂质通常在某种程度上迁移到液态二氧化碳中，使二氧化碳蒸汽得以纯化。提纯的效率取决于体系使气体中的固体颗粒和气溶胶液滴与液态二氧化碳有效接触的能力。此外，杂质对于蒸汽和液态二氧化碳的相对亲合性也将影响这一提纯方法的能力。因此，该方法对于除去那些对液相中的二氧化碳几乎没有或者完全没有相对亲合性的杂质来说通常是无效的。颗粒过滤器可以用来从二氧化碳中除去杂质。美国专利4,972,677公开了，先使液态二氧化碳汽化，然后使其经由用于提纯的颗粒过滤器。然后，将所得纯化的蒸汽相重新冷凝。在过滤器的下游，二氧化碳流过具有通过电或化学抛光而清洁的超平滑内表面的设备。通常，-->颗粒过滤器可以除去固体杂质，但是对于除去液体或蒸汽相的杂质来说却是无效的。即使液体气溶胶液滴大于过滤器的孔径大小，液滴也可以穿过过滤器的孔径，并再夹带到过滤器下游的气体中。美国专利4,759,782公开了使用凝聚过滤器来从压缩气流中除去液体杂质微粒，如水和油。凝聚过滤器与颗粒过滤器不同。液滴聚集在凝聚过滤器元件上并结合在一起形成较大的液滴。最后，结合的液滴长得足够大，以致于落到凝聚过滤器外壳的底部，然后它们可以在那里被除去。凝聚过滤器对于除去固体和液体颗粒是有效的，但蒸汽分子却能穿过它。离开凝聚过滤器的物流中固体或液体颗粒减少，但是却往往充满着蒸汽相杂质。另外，当固体的量高时，必须用颗粒过滤器对凝聚过滤器进行保护以防止它们被阻塞。美国专利6,327,872公开了一种旨在用于需要高纯度二氧化碳的应用场合的供料系统。使用过滤器(凝聚过滤器和/或吸附过滤器)来增加二氧化碳蒸汽的纯度。然后，所述蒸汽在冷凝器中冷凝，并被送往压力相对低的两个储罐中。加热储罐来增加压力。通过使用两个储罐，可以在不使用压缩机或泵的情况下提供液体恒流。这一方法通常不能除去蒸汽相形式和/或不能通过吸附剂过滤器脱除的杂质。美国专利5,976,221公开了使用凝聚过滤器，之后是包含大孔聚合材料的吸附床，以从压缩空气中除去油。凝聚过滤器用于把来自于压缩机的空气中的液体油含量从5-10重量ppm降低到低于1ppm。大孔吸附剂则用于把液体油和油蒸汽的量从不到1ppm降低到小于10ppb。热催化氧化是一种通过使烃与氧化剂，如氧气反应形成二氧化碳和水而从气体中除去烃的方法。Kohl和Nielsen在Gulf PublishingCompany，Houston(1997)出版的“Gas Purification”，第5版中公开了一种普通的用于从气流中除去挥发性有机化合物(VOCs)的热催化氧化体系。所述热催化氧化体系具有三个单元操作：热交换器，燃烧器，和催化剂床。待纯化的空气首先通过热交换器的一侧，在那里它通过与离开催化剂床的热气间接接触而被加热。然后，预热的空气流向催化剂床，在那里，通过与来自于燃烧器的热烟道气混合，它的温度得以进一步提高。热空气流经催化剂，在那里，VOCs与氧气反应形成二氧化碳和水。该反应放热，因此气流的温度增加。纯化后的热空气从催化剂床排出，流入到热交换器中，在那里它通过与新来的空气-->间接接触而被冷却。所述催化剂包括沉积在氧化铝载体上的铂族金属。所述载体或者呈粒状排列在填充反应器床中或者呈整体结构的形式，这种整体结构的通道上涂覆有催化剂材料。以前的设计只使用粒状催化剂，可是较新型的体系常常使用整料催化剂。因为低分子量烃(例如，甲烷、乙烷)的破坏需要大量的能量，因此Kohl和Nielsen所讨论的体系必须在很高的温度下操作。美国专利5,612,011描述了一种对离开固态缩聚反应器的惰性气体进行纯化的方法。所述惰性气体与含氧气体混合并被送往热催化氧化体系中。该热催化氧化体系包括在250-600℃操作的铂或铂基催化床层。纯化后的气体离开该床被送往固态缩聚反应器以除去在氧化过程中形成的水。美国专利5,738,835描述了一种对来自于缩合聚合物热固相处理的气体进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种把纯化的二氧化碳供一种给应用的方法，其包括以下步骤：ａ）确定纯化的二氧化碳中不挥发有机残余物的可接受程度，以使在所述应用中使用纯化的二氧化碳将会产生可接受的产品；ｂ）将二氧化碳在受控温度下暴露于至少一种催化剂下，以生成纯 化的二氧化碳；和ｃ）把纯化的二氧化碳送到所述应用。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2002-2-19 60/358,0651.一种把纯化的二氧化碳供一种给应用的方法，其包括以下步骤：a)确定纯化的二氧化碳中不挥发有机残余物的可接受程度，以使在所述应用中使用纯化的二氧化碳将会产生可接受的产品；b)将二氧化碳在受控温度下暴露于至少一种催化剂下，以生成纯化的二氧化碳；和c)把纯化的二氧化碳送到所述应用。2.权利要求1的方法，还包括在使二氧化碳暴露于催化剂之前将氧化剂与二氧化碳混合的步骤，其中氧化剂是选自氧气、空气、和富氧空气中的至少一种。3.权利要求1的方法，其中应用是半导体加工工艺。4.权利要求1的方法，还包括在使其暴露于催化剂之前对二氧化碳进行加热的步骤。5.权利要求4的方法，其中当暴露于催化剂时二氧化碳呈气态。6.权利要求1的方法，还包括在送往应用之前对纯化的二氧化碳进行冷却的步骤。7.权利要求6的方法，其中在送往应用时，纯化的二氧化碳呈液态。8.权利要求6的方法，其中在送往应用之前，纯化的二氧化碳被送往位于存储容器之上的冷凝器中。9.权利要求1的方法，还包括在送往应用之前对纯化的二氧化碳进行增压的步骤。10.权利要求1的方法，还包括在使其暴露于催化剂之前对二氧化碳进行增压的步骤。11.权利要求1的方法，还包括在送往应用之前，把纯化的二氧化碳送到至少一个纯化单元中的步骤，其中所述纯化单元选自过滤器，凝聚过滤器，吸附床，吸收床，蒸馏单元，反应器，和洗涤单元。12.权利要求11的方法，其中对纯化的二氧化碳温度的选择使分离单元的分离能力最佳化。13.权利要求1的方法，还包括在使其暴露于催化剂之前将二氧化碳送到至少一个凝聚过滤器中的步骤。14.权利要求1的方法，还包括将至少一部分纯化的二氧化碳送到至少一个选自光散射分析器和单个粒子计数器的分析器单元中的步骤。15.权利要求1的方法，其中当在常温常压测量时，每立方尺纯化的二氧化碳包含低于100,000个不挥发有机残余物的颗粒，其中每个颗粒的直径大于0.1微米。16.权利要求1的方法，其中在使其暴露于催化剂之前将水加入到二...

【专利技术属性】
技术研发人员：MC约翰逊，CJ黑姆，JF比林哈姆，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]