具有单块碳吸附剂的气体储存和分配系统技术方案

流体储存和分配装置，包括具有内部容积的流体储存和分配容器，其中内部容积含有物理吸附剂，所述吸附剂上吸附性保持流体并且从其可脱吸附流体用于自容器分配，以及与容器耦合的分配组件用于从容器中分配脱吸附的流体，其中物理吸附剂包含单块碳物理吸附剂，所述单块吸附剂的特征在于至少一种下列特征：　　　　（ａ）２５℃、６５０托压力下对胂气测量的填充密度大于４００ｇ胂／升吸附剂；　　　　（ｂ）所述吸附剂中至少３０％的总孔隙包含裂缝形状的孔，孔径范围为约０．３到约０．７２ｎｍ，以及至少２０％的总孔隙包含直径＜２ｎｍ的微孔；以及　　　　（ｃ）在温度低于１０００℃，通过热解和任选活化已经形成，并且具有约０．８０到约２．０ｇ／ｃｍ↑［３］的容积密度。（*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】
本专利技术总体上涉及气体储存和分配系统，具体涉及利用单块碳吸附剂作为气体储存介质的这类系统。相关技术描述Tom等美国专利5,518,528中公开的基于物理吸附剂的气体储存和分配系统已使半导体工业彻底改变了有毒气体的运输，供应和使用。该系统包括容器，用于储存诸如分子筛或活性碳等的物理吸附剂，对气体具有吸着亲和性，所述气体一定储存在容器中并从中选择性分配。相对于以“自由”(未吸附)状态储存等量气体的相应空(吸附剂)容器，气体以吸附状态、减压下储存在容器中的吸附介质上。通过这样的减压储存，气体储存和分配操作的安全性基本上得以提高，这是因为任何泄漏都会导致气体相对于常规高压气体储存气缸以非常低的速率向周围环境外漏。此外，由于减压降低了对诸如阀门，流量控制器，连结器，接头等的系统组件的压力和磨损，基于吸附剂的系统的低压操作与这种气体泄漏事件的更低可能性相关。在这种基于吸附剂的气体储存和分配系统中，物理吸附剂介质的工作容量在操作中是限制条件。工作容量为可储存(“负载”)在吸附介质上并且从这种吸附介质脱吸附性去除备用的气体量。工作容量为含吸附介质的气体储存容器中气体储存压力，吸附气体的分配条件(例如，当压差用于实现解吸附时的脱吸附气体的分配压力，以及当气体的热脱吸附用作分配形式时的各自储存和分配条件的温度)，与吸附介质自身的类型和特征(例如，包括诸如吸附介质大小，形状，孔隙度，孔径分布以及内孔通道的曲率)的函数。本领域继续寻求对基于物理吸附剂的气体储存和分配系统的工作容量进行改进。专利技术概述本专利技术涉及基于物理吸附剂的气体储存和分配系统，以及涉及工作容量改进的这种系统。一方面，本专利技术涉及流体储存和分配装置，包括具有内部容积的流体储存和分配容器，其中内部容积含有物理吸附剂，其上吸附性保持流体并从中可脱吸附流体用于自容器分配，以及含有与容器耦合的分配组件，用于自容器分配脱吸附的流体，其中物理吸附剂包括单块碳物理吸附剂，其特征在于至少一种如下特征(a)25℃和650托压力下对胂气测量的填充密度大于400g胂/升吸附剂；(b)所述吸附剂中至少30％的总孔隙包含裂缝形状的孔，孔径范围为约0.3到约0.72nm，以及至少20％的总孔隙包含直径＜2nm的微孔；以及(c)已在温度低于1000℃下，通过热解和任选活化形成，并且容积密度为约0.80到约2.0g/cm3。本专利技术的另一方面涉及用于气体储存和分配系统中的单块吸附剂的制备方法，所述方法包括将可热解材料铸模成单块形状；以及在产生单块吸附剂的热解条件下，热解可热解材料，所述单块吸附剂的特征在于至少一种如下特征(a)25℃和650托压力下对胂气测量的填充密度大于400g胂/升吸附剂；(b)所述吸附剂中至少30％的总孔隙包含裂缝形状的孔，孔径范围为约0.3到约0.72nm，以及至少20％的总孔隙包含直径＜2nm的微孔；以及(c)容积密度为约0.80到约2.0g/cm3，其中上述热解条件包括温度低于1000℃。本专利技术进一步方面涉及储存和分配气体的方法，包括制作气体储存和分配容器；在容器中布置对所述气体具有吸附亲和性的物理吸附剂；向所述容器中充气以吸附于物理吸附剂上；用含有可致动阀的阀头密封容器，以装入物理吸附剂和吸附的气体并将它们与容器的外部环境隔离；从物理吸附剂中脱吸附吸附的气体，并且致动阀头中的可致动阀门，以使气体从容器中流出，并穿过可致动阀门，用于气体分配；其中物理吸附剂的特征在于至少一种如下特征(a)25℃和650托压力下对胂气测量的填充密度大于400g胂/升吸附剂；(b)所述吸附剂中至少30％的总孔隙包含裂缝形状的孔，孔径范围为约0.3到约0.72nm，以及至少20％的总孔隙包含直径＜2nm的微孔；以及(c)容积密度为约0.80到约2.0g/cm3，其中所述热解条件包括温度低于1000℃。本专利技术的其他方面，特征和实施方案从随后的公开内容和所附的权利要求书中会变得一目了然。附图简述附图说明图1对Kureha 578-66-6珠活性碳(数据点以实体菱形标记)，Takachiho ABF 14-03微粒活性碳(数据点以实体方形标记)，以及形成自聚偏二乙烯氯聚合物的碳(Saran A，Dow Chemical Co.)(数据点以空心三角形标记)示出每升碳吸附的磷化氢(PH3)的重量克作为压力值(托)的函数。图2对Kureha 578-66-6珠活性碳(数据点以实体菱形标记)以及形成自聚偏二乙烯氯聚合物的碳(Saran A，Dow Chemical Co.)(数据点以空心三角形标记)示出每升碳吸附的胂(AsH3)的容积(cm3)作为压力值(托)的函数。图3示意性表示本专利技术一个实施方案的利用单块吸附剂的储存和传递系统。图4为本专利技术另一实施方案的利用单块吸附剂的长方体流体储存和分配容器的透视图。图5对Kureha 578-66-6珠活性碳(数据点以实体菱形标记)以及形成自聚偏二乙烯氯聚合物的碳(Saran A，Dow Chemical Co.)(数据点以实体方形标记)示出每升碳吸附的三氟化硼(BF3)的重量(g)作为压力值(托)的函数。专利技术详述及其优选实施方案本专利技术基于下列发现基于物理吸附剂的流体储存和分配装置可以利用其中具有单块碳吸附材料的流体储存和分配容器进行制作，令人惊奇和预料之外的效果是气体在吸附剂上的吸附和脱吸附的性质和程度，物理吸附剂介质在容器中可实现的填充密度，以及包含这种容器的流体储存和分配装置在半导体制作过程中的效用。由此，本专利技术相对于Tom等在美国专利No.5,518,528中所述类型的基于吸附剂的气体储存和分配系统取得了实质性进展，所述系统在Tom以前一直使用细分形式的物理吸附剂介质，诸如所谓的珠活性碳。根据本专利技术，当活性碳不是以珠形或微粒形，而是以单块形式的特征提供时，气体储存和分配系统可显著改进其工作容量。通过使用单块形式的活性碳，相对于现有技术中使用的细分形式，可实现的改进水平是高度预料之外的，并且当气体储存和分配容器的形状与单块吸附剂相符时，甚至是令人惊奇地提高。例如，当容器优选为立方体或其他长方体形状，与共同提交的美国专利申请No._的公开内容一致，该申请于200年12月以Dennis Brestovansky，Michael J.Wodjenski，Jose I.Arno和J.D.Carruthers的名义提交，专利技术名称为“长方体流体储存和分配系统”，使用形状相符的单块相对于现有技术使用同样“覆盖区”和容器内容积的气体储存气缸、填充有珠活性碳的系统可增加基于物理吸附剂的气体储存和分配系统的工作容量至少85％。通过背景途径解释在基于物理吸附剂的流体储存和分配装置的长方体构型容器中，优选包装本专利技术的单块物理吸附剂带来不曾预料到的效果，最初认为对基于物理吸附剂的流体储存和分配系统采用长方体构型似乎是高度不利的，这是因为(i)长方体容器有六个面，如果容器的各个面都是单独部件，则需要制作12条焊缝线(与之相反，圆柱容器形成自管状轧制钢料无需接缝)；(ii)与(i)一致，长方体构型容器的制作成本预计大大高于相应的圆柱容器；(iii)长方体构型在相邻垂直取向的壁的接合处包括“尖”角，这可能在接合线处形成空隙，其中相对于对应的圆柱几何容器(无这样的角落，相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐纳德·J·卡拉瑟斯，
申请(专利权)人：高级技术材料公司，
类型：发明
国别省市：