利用冷凝回收全氟化合物的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种方法和一种用于该方法的系统，以便利用冷凝回收ＰＦＣ，该方法将含ＰＦＣ的进料物流送入冷凝器，优选回流冷凝器，以实现液化，形成合ＰＦＣ的冷凝液和载气物流，将含ＰＦＣ的产品送入传质单元，将含ＰＦＣ的冷凝液分馏为高挥发性ＰＦＣ物流和ＰＦＣ产品。（*该技术在2020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】
本专利技术一般说来涉及全氟化合物(PFCs)的回收。更具体而言，本专利技术涉及利用冷凝，优选回流冷凝来回收PFCs的方法和系统。PFCs用于多种制造过程。具体而言，它们广泛用于制造半导体部件。这类多数制造过程的性质造成PFCs的大气释放。由于PFCs的价值高并有害环境，所以宜回收这些释放的PFCs，致使它们能重复利用。PFCs的例子为三氟化氮(NF3)、四氟甲烷(CF4)、三氟甲烷(CHF3)、六氟乙烷(C2F6)、和六氟代硫(SF6)。一般说来，PFCs是氮、碳和硫的全氟化合物。CHF3是一个未全氟化的例子，但由于其化学性质和用途与其它饱合氟的PFCs相近，它亦被视为一种PFC。半导体部件的制造产生废气，该废气典型地含有PFCs、非PFC气体、颗粒物和载气。从一个过程设备流出的流量高达400标准立方英尺/小时(scfh)并可能含小于1％PFCs。非PFC气体可包括氟化氢(HF)、四氟化硅(SiF4)、四氢硅烷(SiH4)、氟化碳酰(COF2)、二氧化碳(CO2)、水(H2O)、甲烷(CH4)和一氧化碳(CO)。载气可以是空气、氮或其它惰性气体。大多数非PFC气体及颗粒物对PFC回收过程有害，需在预纯化过程中去除。某些非PFC气体，例如一氧化碳，对PFC回收过程可以是惰性的，并可与载气一道通过。本专利技术采用冷凝从预纯化的载气中回收PFCs，它是利用PFCs和各种载气沸点之间的巨大差异。表1给出某些常见PFCs和氮的大气压沸点和熔点。表1化合物沸点(K)熔点(K)N277 63NF3144 66CF4145 90CHF3191 118C2F6195 173SF6209 222将气流冷却到低于PFCs组成物的露点温度以下，使PFCs达到冷凝。为了获得高的PFC回收率，必需将气流冷却到某些低挥发PFCs的熔点以下。PFCs在冷凝器中冻结是不希望的，因为这会降低冷凝器的效率和阻碍连续操作。本专利技术包含若干防止PFC冻结的措施。第一，优选采用回流冷凝器以实现PFCs的冷凝。冷凝液在回流冷凝器中与进入的气流逆流，因此勿需另外冷却，但是，一般情况下本专利技术采用常规冷凝器。第二，这种流动方式意味着高挥发PFC冷凝液流过低挥发PFCs冷凝的区域。具有冻结倾向的低挥发PFCs溶于这些高挥发PFCs中，从而能防止冻结。第三，在优选实施方案中，气流中高挥发PFCs的浓度由于它们在系统中循环而升高。这是由将高挥发PFCs从回收的PFC产品中分离，并再加入上游中来达到的。气流中高挥发PFCs浓度的升高降低了PFC冷凝液中低挥发PFCs的浓度，从而防止PFCs冻结。提出了多种解决从载气流中回收PFCs的方法，当低温手段用于回收时，某些缓解了PFC冻结问题。但没有一种提出或涉及到本专利技术。用冷凝/溶解从载气中回收PFCs的现有方法可见于美国专利No.5，626，023。向气流添加一种溶剂，然后冷却该气流，使PFCs和所有挥发的溶剂冷凝出来。具有冻结倾向的低挥发PFCs溶解于添加的溶剂中。添加的溶剂和PFCs然后用蒸馏分离，并且该添加的溶剂再重新利用。溶剂应完全从PFC产品中去除，以防损失。美国专利No.5，540，057提出用回流冷凝器冷凝挥发性有机化合物(VOCs)的方法以去除载气中的VOCs。载带VOC的载气通过壳管换热器的壳侧，然后沿一连续的温度梯度冷却。VOCs在不同的水平上按不同程度冷凝出来并收集在壳侧的特定挡板中，挡板可将部分冷凝液导出，并使一部分滴回冷凝器作回流液。冷的净化载气然后在壳侧出口与致冷剂混合，并向下流过管侧实现壳侧冷却。VOCs的冻结，特别是苯的冻结可用向气流添加一种溶剂，具体为甲苯来防止。美国专利Nos.5，533，338和5，799，509是以低温流体冷凝PFCs的冷凝冻结的例子。低挥发性PFCs的冻结是由于高效冷凝高挥发性PFCs所要求的低温而发生的。这种方法是有缺点的，因为它需要周期性地解冻冻结的PFCs以便去除。这使冷冻效率降低并需要双台设备以便保持连续操作。膜渗透法利用膜渗透性的差别从载气中回收PFCs。气流与专用膜的进料侧接触，膜允许载气优先渗透，同时使PFCs滞留。高分离效率要求采用并联的膜。PFCs具有不同的渗透特性，其回收率随之变化。从载气中吸附回收PFCs。气流与去除PFCs的吸附剂接触。然后解吸PFCs，并用清扫气从吸附床中分离。清扫气使PFC产品浓度降低。此外，吸附过程不具在很大程度上调节PFC浓度和代表气体流出物的载气流量的灵活性。还有另一种PFC再循环方法是煅烧型能量密集方法。气流被加热至高温，以防止PFCs释放。其分解气体如氟化氢和氧化氮然后从燃烧尾气中去除。人们希望，PFC回收系统处理小的半导体制造设备机组的尾气，而不是整个半导体制造设施的废气。如果一个系统发生故障，只有一部分制造设备受影响。因此，本专利技术试图主要处理少量设备的废气。但是，它亦可放大到处理整个半导体制造设施的废气。本专利技术的另一目的是缓解与PFC冻结相关的问题，同时用低温冷凝从载气流中回收PFCs。本专利技术涉及利用冷凝，优选回流冷凝来回收PFCs的系统。冷凝器提供含PFC的气体物流的间接热交换，以实现液化成含PFC的冷凝液和载气物流。传质单元用于将含PFC的冷凝液分馏为高挥发PFC物流和PFC产品。本专利技术还涉及利用冷凝，优选回流冷凝，回收PFC的方法。含PFC的进料物流流入冷凝器实现液化成含PFC的冷凝液和载气物流。同时，含PFC的产品流入传质单元，将含PFC的冷凝液分馏为高挥发PFC物流和PFC产品。其它目的、特征和优点将由本专业技术人员从下面有关优选实施方案的叙述和附图中看到，其中附图说明图1是本专利技术回收PFC的流程图；图2是表示本专利技术的回流冷凝器中各级的冷凝液组成图。本文所用的术语“高挥发性PFCs”意指一种或几种其大气压沸点低于150K的PFCs。例子包括四氟甲烷(CF4)和三氟化氮(NF3)。本文所用的术语“低挥发PFCs”意指一种或几种其大气压沸点高于150K的PFCs。例子包括三氟甲烷(CHF3)、六氟乙烷(C2F6)、和六氟化硫(SF6)。本文所用的术语“间接热交换”意指两种流体物流发生热交换的关系，这时流体相互之间无实体接触或相互混合。本文所用的术语“冷凝器”描述一种提供从气流来的间接传热，以使该气流的一部分实现液化的容器。本文所用的术语“冷凝液”描述被液化的气体。本文所用的术语“回流冷凝器”描述一种冷凝器，其中至少一部分冷凝液被强制与较热的传热表面接触，该表面的温度比实现其冷凝的表面要高，这种再加热引起至少一部分汽化。这易于用冷却上升气流的方式实现。冷凝液然后下降并变温。回流冷凝器是优选采用的，本专利技术亦考虑一般的冷凝器。本文所用的术语“回流冷凝”描述发生在回流冷凝器中的冷凝。本文所用的术语“精馏塔“描述蒸馏区或精馏区，其中液相和汽相逆流接触，实现流体混合物的分离。精馏塔是优选的，但本专利技术亦考虑能完成类似精馏塔功能的一般传质单元。现在参看图1，该图为本专利技术优选实施方案的系统流程图。温的气体进料物流10由载气、高挥发PFCs和低挥发PFCs组成，被加压至约95psia。颗粒杂质和非PFC气体如氟化氢和氟已在预纯化步骤中去除。物流10在预纯化步骤中经增压后在高压下进入。例如压力摆动吸附要求增本文档来自技高网...

【技术保护点】
利用冷凝回收ＰＦＣｓ的系统，它包括ａ）冷凝器，从含ＰＦＣ的气体物流提供间接传热以实现液化，生成含ＰＦＣ的冷凝液和载气流；和ｂ）传质单元，将该含ＰＦＣ的冷凝流分馏为高挥发性ＰＦＣ物流和ＰＦＣ产品。

【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：RM凯利，DP博纳圭斯特，
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]