气流的净化制造技术

将至少一种气态杂质例如硅烷通过从进料气流例如包含氮气和氢气的气流中吸收来除去，该气态杂质的挥发性低于该进料气流。该吸收是通过处于第一低温和第一压力的低温冷却吸收剂来进行的。该吸收剂典型地是丙烷。该吸收可以在液－气接触柱（１３０）中进行。含有杂质的吸收剂可以在再生容器１５０中再生，并且返回到所述的柱（１３０）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】气流的净化本专利技术涉及一种从进料气流中除去至少一种气态杂质的方法和设备，所述气态杂 质的挥发性低于它要从其中除去的气体的挥发性。广泛的不同的方法可用于净化气流。这些方法包括通过变压吸附，通过半透膜和 通过分馏来分离杂质。还已知的是将杂质吸收到环境温度的溶剂中。其它净化方法包括从 进料气流中冷凝出或者冷冻出杂质。这些方法中的一些需要使用特殊的材料，例如选择性 吸附剂，隔膜或者吸收剂。这些和其它方法还可能要求在下面的情况中使用相当大的能量 在压缩进料气流中或者在产生再生气流来净化或者从容器中除去杂质中，在该容器中将这 些杂质从进料气流中除去。因此这里需要新的气体净化方法和设备。例如，在太阳能电池的制造中，产生了含 有氢气的流出气流，其被硅烷(SiH4)污染，并且还可能被膦(PH3)和硼烷( )污染。典型 地，在该流出气流中存在着1-2体积％量级的杂质。本专利技术的一个目的是提供一种用于从进料气流中除去至少一种气态杂质的方法 和设备，所述气态杂质的挥发性低于该进料气流。根据本专利技术，提供一种从进料气流中除去至少一种气态杂质的方法，所述气态杂 质的挥发性低于该进料气流，该方法包括将所述的气态杂质吸收到处于第一低温和第一压 力的低温冷却(sub-cooled)的液体吸收剂中，并由此产生净化的进料气流。本专利技术还提供一种设备，用于进行上一段中所述的方法，该设备包括至少一个为 使气相与液相紧密接触而设置的液-气接触柱；用于待净化的进料气流至该柱的入口，该 进料气流含有至少一种气态杂质，该杂质的挥发性低于该进料气体；用于将液体吸收剂低 温冷却到第一低温的第一热交换器；所述柱中用于低温冷却的液体吸收剂的分配器；和用 于净化的气流的出口。该吸收剂典型地通常被低温冷却到这样的温度，在该温度时，它的蒸气压力小于 Imm Hg(133.3 Pa)。这使得任何进入到进料气流中的吸收剂的蒸气相保持最小。吸收剂的选择取决于进料气流和杂质的组成。该杂质可以包含至少一种气态氢化 物例如硅烷。在从氢气中除去硅烷杂质的实例中，该吸收剂可以是丙烷。在这个实例中，第 一低温典型地是从丙烷在第一压力的凝固点到_140°C，并且优选是_170°C到_150°C。通 常，第一低温越低，吸收剂对于溶解的硅烷的比容量就越大。据信进料气流中大约99. 9%的 硅烷能够在大约-170°C的第一低温被除去。该第一压力典型而便利地是大气压。丙烷还可以用作从氢气中除去膦(PH3)和硼烷(B2H6)杂质的吸收剂。理想的是将含有所吸收的杂质的吸收剂进行再生，并且可以返回，用于吸收目的。 该吸收剂可以如下来再生使它经历高于第一低温的第二低温和典型地小于第一压力的第 二压力。在一种典型的排布中，连续收集含有所吸收的杂质的吸收剂，并且将所收集的吸收 剂的一部分连续的再循环，用于与进料气流重新接触，将所收集的吸收剂的第二部分连续 的送去再生。该第一压力典型地是大气压，该第二压力可以通过真空泵的运行来建立。如果期望的是避免低于大气压的压力，则吸收剂的再生可以在第二压力(其等于第一压力)和第 二低温(其高于第一低温)，通过使汽提气流通过该含有所吸收的杂质的吸收剂来进行。该 汽提气流可以例如包含氮气或者氢气。该进料气流优选在杂质吸收的上游进行预冷却。该预冷却优选通过与净化的进料 气流的(间接)热交换来进行。第二热交换器或者再生器可以用于此目的。该液-气接触柱可以包含填料，来实现气相与液相的紧密接触。该填料可以是结 构化填料或者无规填料。含有所吸收的杂质的吸收剂的再生不可避免地导致了某些吸收剂的损失。这样的 损失可以在下面的情况中处于低水平杂质在两个分离的阶段中进行吸收，而在第一阶段 中产生部分净化的进料气流，将来自第一阶段的吸收剂进行再生，并且将该再生的吸收剂 用于第二阶段中，来完成进料气流的净化。因为第一阶段仅仅产生了部分净化的进料气流 (典型地是从其中除去了所述杂质总量的85-95%)，在第一阶段可以使用比单阶段方法更 少的吸收剂，并因此存在着较少的用于再生的吸收剂，从而能够使吸收剂的损失处于低水 平。本专利技术的设备因此可以包括第一液-气接触柱，该接触柱具有用于待净化的进 料气流的入口，用于低温冷却液体吸收剂的分配器，用于将部分净化的进料气流与第二 液-气接触柱相连通的第一出口，和用于含有所吸收的杂质的吸收剂的第二出口，该第二 出口分别与分配器和再生柱连通，该再生柱用于从所述含有所吸收的杂质的吸收剂中分离 所吸收的杂质；和第二液-气接触柱，该接触柱具有用于部分净化的进料气流的入口，用于 低温冷却液体吸收剂的分配器，用于净化的进料气流的第一出口，和用于含有所吸收的杂 质的吸收剂的第二出口，其中该第二液-气接触柱的分配器与第二液-气接触柱的第二出 口和用于再生来自再生柱的吸收剂的出口均连通。该吸收剂优选是通过与合适的热交换介质进行热交换来低温冷却的。该热交换 介质典型地是处于合适的低温的氮气。因为液氮在大气温度时的沸点是大约-196°C，而吸 收剂通常在高于此的温度使用，因此该热交换介质可以通过将液氮与过热的汽化氮气进行 混合来形成。该热交换典型地可以在所述气-液接触柱的底部区域中进行或者在所述的 气-液接触柱的外部进行。如果第二压力(其为吸收剂再生时的压力)低于第一压力(其为从进料气流中吸 收所述杂质时的压力)，则返回到所述气-液接触柱的上游，再生的吸收剂会重新升高到第 一压力。机械泵可以用于此目的。或者，该再生的吸收剂可以送到保存容器，并且通过吸收 剂的自然或者强制蒸发来升高其中的压力(升高到适于将它返回到液-气接触柱的水平)。本专利技术的方法和设备可以用于如下来净化氢气通过除去例如硅烷，硼烷和膦杂 质到标准水平，来使得所净化的氢气适合用作PEM类型的燃料电池中的燃料。现在将参考附图，通过举例来描述本专利技术的方法和设备，其中 附图说明图1是第一氢气净化器的一种示意性流程图2是第二氢气净化器的一种示意性流程图；和 图3是第三氢气净化器的一种示意性流程图。所述附图没有按照尺寸比例绘制。不同的附图中相同的部分在其中用相同的附图标记来表示。参考图1，所示的设备包括填充的液-气接触柱(或者塔)130和汽提柱(或者容 器)150。废气流(其包含氢气和氮气作为它的两种主要组分，但是还包含了相对低比例的， 典型地是高到1或者2体积％的一种或多种气态氢化物例如硅烷)沿着入口管线110流向 冷却单元120。该废气流的来源可以是这样的制造方法，在其中所述杂质用作反应物。这样 的制造方法的一个实例是太阳能电池的制造，其中将该加工硅烷和有时候还有硼烷和膦用 作反应物。进入单元120的废气流典型地温度是0_50°C，压力是1-2 bar。单元120优选是热交换器，其中进入的气流是通过与流出的冷气流(其形成将在 下文描述)进行间接的热交换来降温的。或者，单元120可以包括一对再生器或者恢复器。 在这样的排布中，所述对中的一个构件是通过流出气流来冷却的，而所述对的另一个构件 (其事先对它本身进行了预冷却)用于冷却进入的气流。该冷气流事实上来源于低温运行 的柱130，因此进入的气流被冷却到处于或者接近于柱130运行温度的低温。该冷却的进 入气流通过处于或者接近于其底部的入口 112进入所述柱130中。该冷却的进本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．　一种从进料气流中除去至少一种气态杂质的方法，所述气态杂质的挥发性低于该进料气流，该方法包括将所述气态杂质吸收到处于第一低温和第一压力的低温冷却的液体吸收剂中，并由此产生净化的进料气流。

【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：AJ西利，
申请(专利权)人：爱德华兹有限公司，
类型：发明
国别省市：GB