用于从气体混合物去除氨的方法和系统技术方案

描述适用于在环境压力范围内的压力下通过使氨吸附到固体吸附剂上从气体混合物去除气态氨的方法、装置和系统，以及相关的系统和方法。方法。方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于从气体混合物去除氨的方法和系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请根据35 USC 119要求2019年5月24日申请的美国临时专利申请第62/852,478号的权益，所述申请的公开内容出于所有目的在此以全文引用的方式并入本文中。


[0003]本专利技术涉及适用于在环境压力范围内的压力下通过允许氨吸附到固体吸附剂上从气体混合物去除气态氨的方法、装置和系统。

技术介绍

[0004]在化学处理(processing)行业中，氨用作各种类型的处理和制造步骤的原料。其作为各种处理的副产物产生且可包含于化学处理的流出或排出气流中。
[0005]在半导体制造中，氨为有用的原料或可为处理副产物。在特定实例中，氨与有机金属化合物一起用于制备用作发光装置(LED)的氮化物材料(例如，氮化镓结晶)。工艺的重要和高成本特征为通过外延沉积的活性半导体层的生长，所述外延沉积由金属有机化学蒸气沉积(MOCVD)执行。MOCVD的步骤也与氮源(例如氨)组合而从挥发性金属有机前体(例如三甲基镓)产生金属氮化物化合物(例如氮化铟镓(InGaN))。对这一工艺，在相对缓慢的氮化物结晶生长工艺期间，氨需要处于相对高流动速率。氨气中的即使微量的杂质也可产生并入到所沉积的结晶中的大量非所需原子。为减少杂质，使用氨进行当前最新技术LED，氨通常经受纯化的多个阶段，例如以含有不超过十亿分之一(ppb)的水分或氧气。
[0006]遗憾的是，在MOCVD工艺中并未高效使用氨。工艺需要极大体积的高纯度氨作为原料，未反应的大量所述高纯度氨通过处理步骤以变为工艺排出气流的部分。所述排出气流为经过加热的气体混合物，其含有大量氨、例如三甲基镓前体的含金属前体(有机金属蒸气)、例如氢(H2)和氮(N2)的非有机金属蒸气和例如有机金属粒子的可能粒子。排出气体混合物将在高温(例如300、400或500摄氏度的温度)下和环境流动压下从MOCVD工艺流动。
[0007]理想地，为减少成本和废料，可收集和重复使用这一类型的经过加热的排出气体混合物中所含有的氨。然而，首先必须将氨从气体混合物分离出来，其也可涉及降低废气的温度且从气体混合物去除有机金属蒸气和任何粒子残渣。
[0008]包含半导体行业的化学处理行业不断搜寻用于从气体混合物去除氨的新颖和改进的方法。气体混合物可源自任何来源，包含但不限于LED制造工艺的废气。
[0009]特别考虑常见LED制造工艺，其依赖于高体积氨(以及氢和氮)的使用，氨为相对昂贵的气体且具有相对高的处置(disposal)成本。因此，来自LED反应器的废气的氨的回收利用将具有多个好处。就使用氨来说，LED制造工艺效率低下，且仅使用添加到工艺中的氨的一小部分。进入工艺中的氨的一大部分流经到排出气流。当前，氨的处置通过将排出气流的氨溶解到水中以形成氢氧化铵或使用稀释酸性水溶液执行氨的基本中和来执行。随后，将任一方法的所得溶液冲洗到下水道系统中。通常按加仑计向顾客收取处置费用。视LED照明为绿色技术。出于这些一般和特定的原因，与氨处置的当前实施方法相比，用于处置
(handling)LED制造的废料流中的氨的优选工艺将为所希望的改进。

技术实现思路

[0010]本专利技术涉及适用于在环境压力范围内的压力下通过允许氨吸附到固体吸附剂上从气体混合物去除气态氨的方法、装置和系统。
[0011]气体混合物可为在商业工艺中使用的任何气体混合物且可包含与非氨蒸气、粒子残渣(例如包含微粒子、亚微米粒子、纳米粒子等的悬浮微粒子的材料)或两者组合的氨。气体混合物可源于或设计用于商业化学工艺。
[0012]作为一个实例，可通过本说明书的方法处理的某些气体混合物呈经过加热的排出气流形式，所述经过加热的排出气流通过将氮化物沉积到半导体或微电子衬底上的工业工艺产生，例如通过用于制备LED的氮化镓(GaN)的化学沉积产生。然而，尽管以下描述强调本专利技术方法、装置和系统的这一特定示范性使用，但本专利技术方法、装置和系统将有效地从用于或源于其它商业工艺的各种其它类型的气体混合物去除氨。
[0013]在一个方面中，公开一种从含有气态氨的气体混合物去除氨的方法。方法包含在环境流动压下将气体混合物输送到含有固体吸附剂的器皿，和在环境流动压下使气体混合物与固体吸附剂接触以使得氨吸附到固体吸附剂上。
[0014]在另一方面中，公开一种处理(treating)含有氨、非氨蒸气、有机金属蒸气和固体粒子的气体混合物的方法。方法包含通过使气体混合物通过热交换器来冷却气体混合物以产生经过冷却的气体混合物；使经过冷却的气体混合物通过粒子过滤器以去除固体粒子；使经过冷却的气体混合物通过第一固体吸附剂以将有机金属蒸气吸附到固体吸附剂上；和使经过冷却的气体混合物与第二固体吸附剂接触以使得氨吸附到固体吸附剂上。
[0015]在又另一方面中，公开一种用于处理含有有机金属蒸气、粒子和非有机金属蒸气的气体混合物的系统。系统包含：热交换器，其适于降低气体混合物的温度；粒子过滤器，其能够从气体混合物去除固体粒子；有机金属蒸气去除过滤器，其能够从气体混合物去除有机金属蒸气；和器皿，其含有能够在包含环境流动压和氨吸附温度的条件下通过将氨蒸气吸附到固体吸附剂上从气体混合物去除氨蒸气的固体吸附剂，其中热交换器、粒子过滤器、有机金属蒸气去除过滤器和器皿彼此流体连通。
附图说明
[0016]结合附图，考虑到各种说明性实施例的以下描述，可较完全地理解本公开。
[0017]图1A、1B和1C展示使用固体吸附剂以从气体混合物去除氨蒸气的如所描述的装置和相关方法步骤的实例。
[0018]图2A、2B和2C展示所描述的装置的实施例。
[0019]图3展示用于从气体混合物去除氨蒸气的如所描述的系统或一组装置或方法步骤的实例。
[0020]图4展示如所描述的系统的实例组件。
[0021]图5展示可用于如所描述的系统或方法的热交换器的实例。
[0022]图6A和6B展示可用于如所描述的系统或方法的实例粒子过滤器。
[0023]图7A展示可用于如所描述的系统或方法的有机金属蒸气去除过滤器的实例。
[0024]图7B展示可用于如所描述的系统或方法的有机金属蒸气去除过滤器和任选的粒子过滤器的实例。
[0025]所有图为示范性的、示意性的，且不必按比例绘制。
具体实施方式
[0026]以下为适用于通过在环境压力范围内的压力下将气体混合物中的气态氨吸附到固体吸附剂上从气体混合物去除氨的方法、系统、装置和装置的组合的描述。方法、系统和装置适用于从气体混合物去除氨，例如以允许收集、纯化和重复使用氨。可与用于处理气体混合物的一系列步骤的其它步骤组合来执行从气体混合物去除氨的实例方法。其它步骤可包含冷却步骤、从气体混合物去除粒子(例如，微粒子)的步骤和从气体混合物(例如有机金属蒸气)去除一或多种其它类型的蒸气的步骤中的一或多个。
[0027]气体混合物可为一种有用于或源于涉及作为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种从含有气态氨的气体混合物去除氨的方法，所述方法包括：在环境流动压下将所述气体混合物输送到含有固体吸附剂的器皿；以及在环境流动压以及氨吸附温度下，使所述气体混合物与所述固体吸附剂接触，以使得所述氨吸附到所述固体吸附剂上。2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：在一定量的氨已吸附到所述固体吸附剂上之后，通过加热所述固体吸附剂以将所述吸附的氨释放为脱附的气态氨从而从所述固体吸附剂脱附所述吸附的氨；以及从所述器皿去除所述脱附的气态氨。3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其进一步包括：将所述气体混合物、固体吸附剂或两者冷却到氨吸附温度，在所述氨吸附温度下，所述气体混合物的所述气态氨在所述环境流动压下吸附到所述固体吸附剂上。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述氨吸附温度在
‑
40摄氏度到0摄氏度的范围内。5.根据权利要求1至权利要求4中任一权利要求所述的方法，其中所述气体混合物含有所述氨以及非氨蒸气，且所述非氨蒸气在所述氨吸附温度下不吸附到所述固体吸附剂上。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述气体混合物含有气态氨、气态氢以及气态氮，所述方法进一步包括：在所述气体混合物、固体吸附剂或两者具有
‑
40到0摄氏度的范围内的温度的情况下将所述气体混合物输送到所述固体吸附剂；使所述氨吸附到所述固体吸附剂上；在一定量的氨已吸附到所述固体吸附剂上之后，将含有吸附的氨的所述固体吸附剂的所述温度增加到脱附温度以从所述固体吸附剂脱附所述吸附的氨从而形成液体氨；以及从所述器皿去除所述液体氨。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述气体混合物、所述固体吸附剂或两者具有在
‑
30到
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15摄氏度的范围内的温度。8.根据权利要求6或权利要求7所述的方法，其中所述脱附温度低于60摄氏度。9.根据权利要求6至权利要求8中任一权利要求所述的方法，其中所述固体吸附剂是选自活性碳以及沸石。10.根据权利要求6至权利要求9中任一权利要求所述的方法，其中输送到所述器皿的所述气体混合物包括：15到40体积百分比的气态铵；0到60体积百分比的气态氢；以及0到70体积百分比的气态氮。11.一种处理含有氨、非氨蒸气、有机金属蒸气以及固体粒子的气体混合物的方法，所述方法包括：通过使所述气体混合物通过热交换器来冷却所述气体混合物以产生经过冷却的气体混合物，使所述经过冷却的气体混合物通过粒子过滤器以去除所述固体粒子，使所述经过冷却的气体混合物通过第一固体吸附剂以将有机金属蒸气吸附到所述第一固体吸附剂上，以及
使所述经过冷却的气体混合物与第二固体吸附剂接触以使得氨吸附到所述第二固体吸附剂上。12.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：恩特格里斯公司，
类型：发明
国别省市：