用于超高純度(UHP)二氧化碳純化的系統(tǒng)和方法技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)在第一方面涉及超高純度(UHP)二氧化碳純化系統(tǒng)(20)以及在第二方面涉及UHP二氧化碳純化方法。本發(fā)明專利技術(shù)利用負載型鎳氧化物(23)和負載型鈀氧化物(24)，其中所述純化系統(tǒng)(20)的上部(211)至少部分地填充有負載型鎳氧化物(23)，并且其下部(212)至少部分地填充有負載型鈀氧化物(24)，并且其中所述純化系統(tǒng)(20)的上部和下部(211，212)物理分離但流體連通。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】本專利技術(shù)涉及超高純度(UHP)二氧化碳純化系統(tǒng)，以及涉及用于將高純度(HP)二氧化碳純化以獲得超高純度(UHP)二氧化碳的方法。UHP二氧化碳具有許多工業(yè)用途，在這些工業(yè)用途中需要精確控制氣體中的雜質(zhì)水平。從純度的角度來看，氣態(tài)CO2的最苛刻的用途是半導(dǎo)體制造工藝，特別提及設(shè)想使用氣態(tài)和/或臨界和/或超臨界CO2的光刻裝置制作工藝。可從國際專利申請WO 2004/081666，“Immersion lithography methods using carbon dioxide”和國際專利申請WO 2006/084641，“Immersion liquid,exposure apparatus,and exposure process”獲得另外的細節(jié)和信息。在這些方法中使用高能紫外光束。烴(例如甲烷)的存在可改變這些光束的透射特性，并且可導(dǎo)致在裝置上形成含碳沉積物，改變和損害裝置的功能。其他受關(guān)注的氣體是含硫化合物，既由于其對最終產(chǎn)品的干擾和有害作用，還由于其對純化介質(zhì)能力的干擾，對于需要除去含硫化合物，參見例如美國專利5674463。在所有這些應(yīng)用中，所需的出口純度常常為ppb(part per billion，十億分之一)或亞ppb級。因為純化系統(tǒng)應(yīng)能夠保證對于給定時間量的這樣的氣體品質(zhì)以避免過多更換，所以這樣的系統(tǒng)需要入口CO2為至少3N(三個九)品質(zhì)，這意味著99.9％的氣體由CO2組成，因此其他氣體的累積上限含量可總計為0.1％。出于本專利技術(shù)的目的和含義，將具有這樣的特征的二氧化碳定義為HP CO2，并將達到UHP水平的純化系統(tǒng)定義為UHP二氧化碳純化系統(tǒng)。因此，為清楚起見，將本專利技術(shù)限制于具有HP入口純度水平的二氧化碳的純化，從而得到UHP二氧化碳出口(即，具有4N-99.99％氣體品質(zhì)或更高品質(zhì)的CO2)。鑒于上述說明，清楚的是，根據(jù)本專利技術(shù)的凈化器可對HP級或更好的入口氣體品質(zhì)進行操作。除了上面已概述的之外，純化的CO2的需求和用途還描述于國際專利申請WO 2004/035178中，其開發(fā)和描述了混合金屬氧化物(例如銅和氧化鋅(Cu/ZnO)；鐵和錳氧化物(Fe/MnOx)；氧化鎳(NiO)和鈦氧化物(TiOx)；鈀氧化物(PdOx)和鈰氧化物(CeOx)；以及釩氧化物(VOx))用于二氧化碳純化的用途。應(yīng)當強調(diào)，本專利技術(shù)相對于廢氣純化系統(tǒng)(其中包含小部分(通常小于10％)的二氧化碳)致力于完全不同的問題，例如美國專利申請2011/165046中描述的這樣的系統(tǒng)沒有實現(xiàn)氣體純化，而僅在最佳程度上實現(xiàn)了濃度略微升高。與現(xiàn)有技術(shù)中公開的方案不同，本專利技術(shù)的目的主要集中在用于從HP二氧化碳中除去甲烷以獲得UHP二氧化碳的有效方案。在本專利技術(shù)的第一方面，本專利技術(shù)包括具有入口和出口的UHP二氧化碳純化系統(tǒng)，其特征在于，該純化系統(tǒng)的靠近所述入口的上部至少部分地填充有負載型鎳氧化物，而該純化系統(tǒng)的靠近所述出口的下部至少部分地填充有負載型鈀氧化物，其中所述系統(tǒng)的所述上部和下部物理分離但流體連通。表述“靠近所述入口”是指負載型鎳氧化物是待進一步純化的HP CO2遇到的第一純化材料。類似地，表述“靠近所述出口”是指負載型鈀氧化物是待進一步純化的HP CO2遇到的第二純化材料，或者還相當于負載型鈀氧化物相對于負載型鎳氧化物在下游。將借助于以下附圖進一步說明本專利技術(shù)，其中：·圖1是根據(jù)本專利技術(shù)的純化系統(tǒng)的第一實施方案的示意圖，·圖2是根據(jù)本專利技術(shù)的純化系統(tǒng)的替代實施方案的示意圖。在附圖中，所描述的元件的尺寸和尺寸比例可能不準確，而是在一些情況下為了提高附圖可讀性而進行了修改，此外，任選或非必要的元件(例如加熱器、流量控制器、進一步純化階段)未示出。圖1示出了根據(jù)本專利技術(shù)制造的純化系統(tǒng)10。容器11的剖視圖100示出了充當存在于容器11上部的負載型鎳氧化物13和存在于容器11下部的負載型鈀氧化物14的物理分離器的顆粒過濾器12。在圖1中還示出了取樣口15。容器“上部”意指物理分離器12(在此情況下為顆粒過濾器)與容器入口16之間的區(qū)域，而“下部”相應(yīng)地意指分離器12與容器出口17之間的區(qū)域。純化系統(tǒng)10還包括三個分別安裝在入口16、出口17和取樣口15處的關(guān)閉閥18、18’和18”。圖1中示出的顆粒過濾器12僅是合適的分離器的一個可能的實例，但原則上可以替代地使用能夠保留負載型氧化物并允許系統(tǒng)上部和下部之間的流體連通(即二氧化碳通道)的任何設(shè)備或裝置，例如多孔隔板、網(wǎng)柵、金屬網(wǎng)、穿孔的金屬板等。圖2中示出了根據(jù)本專利技術(shù)的純化系統(tǒng)20的一個替代實施方案。在此情況下，負載型鎳氧化物23包含于具有入口261和出口271的第一容器211中，而負載型鈀氧化物24包含于具有入口262和出口272的第二容器212中。在各容器211、212的底部，分別設(shè)置有顆粒過濾器221、222。該系統(tǒng)還包括取樣口25，并由分別安裝在入口261、出口271、入口262、出口272和取樣口25處的關(guān)閉閥28、28’、28”、28”’、28””結(jié)束。負載型NiO 23和負載型PdO 24分別存在于容器211和212中，其分別通過剖視圖211’和212’而顯見。如圖2所示，在此替代實施方案中，第一容器211的出口271經(jīng)由其間的關(guān)閉閥28’和28”直接連接至第二容器212的入口262，例如借助可再密封的氣密VCR配件(或者其可被焊接)。在替代實施方案中，可在容器之間插置一個或更多個附加元件，例如止回閥、顆粒過濾器或如圖2中描述的關(guān)閉閥(手動或自動操作的)。為了實現(xiàn)高效的UHP二氧化碳純化過程，容器11上部的至少20％內(nèi)體積應(yīng)填充有負載型鎳催化劑(鎳氧化物)，并且容器11下部的至少20％體積應(yīng)填充有負載型鈀催化劑(鈀氧化物)。在兩個相繼而獨立的容器的情況下，這意味著第一容器211的20％體積填充有負載型NiO，而第二容器212的20％體積填充有負載型PdO。任何合適的載體可用于鎳氧化物和鈀氧化物，最常見載體類型為氧化鋁、活性炭和/或SiO2。對于鎳氧化物，優(yōu)選使用SiO2作為負載元件，在一些情況下，與MgO(通常在百分之幾的范圍內(nèi))組合使用，而對于鈀氧化物，優(yōu)選的載體是氧化鋁。在任何情況下，兩種材料的表面積優(yōu)選高于50m2/g，理想地高于100m2/g。應(yīng)當強調(diào)，材料的性質(zhì)在純化系統(tǒng)使用期過程中發(fā)生變化，特別是NiO與存在于二氧化碳流中的含硫化合物發(fā)生反應(yīng)，因此，隨著時間的推移存在導(dǎo)致NiO逐漸消耗的演變，而PdO與甲烷的反應(yīng)是純粹的催化反應(yīng)并在氧的存在下引發(fā)。減小的20％體積填充考慮到消耗現(xiàn)象以及容器的一部分可包含其他純化材料(例如容器的下部可包含分子篩)的事實。此外，純化系統(tǒng)上部包含的負載型NiO相對于純化系統(tǒng)下部包含的負載型PdO的重量比優(yōu)選為10至0.1，優(yōu)選5至0.2。此外，根據(jù)本專利技術(shù)的純化系統(tǒng)優(yōu)選地配備有一個或更多個加熱器和溫度探測裝置(通常為熱電偶)以控制兩種負載型介質(zhì)(NiO、PdO)的溫度。在設(shè)想相繼的兩個容器的實施方案中，填充有至少20％的負載型鎳氧化物的第一容器，和填充有至少20％負載型鈀氧化物的第二容器，每個容器均配備有其自己的加熱器和溫度探測裝置(優(yōu)選使用熱電偶)。如已經(jīng)概述的，通過負載型PdO有效除去甲烷需要本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種超高純度(UHP)二氧化碳純化系統(tǒng)(10；20)，其具有入口(16；261)和出口(17；272)，其特征在于，所述純化系統(tǒng)的靠近所述入口(16；261)的上部至少部分地填充有負載型鎳氧化物，并且所述純化系統(tǒng)的靠近所述出口(17；272)的下部至少部分地填充有負載型鈀氧化物，其中所述純化系統(tǒng)的所述上部和所述下部物理分離但流體連通。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】2014.03.14 IT MI2014A0004151.一種超高純度(UHP)二氧化碳純化系統(tǒng)(10；20)，其具有入口(16；261)和出口(17；272)，其特征在于，所述純化系統(tǒng)的靠近所述入口(16；261)的上部至少部分地填充有負載型鎳氧化物，并且所述純化系統(tǒng)的靠近所述出口(17；272)的下部至少部分地填充有負載型鈀氧化物，其中所述純化系統(tǒng)的所述上部和所述下部物理分離但流體連通。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高純度二氧化碳純化系統(tǒng)(10)，其中所述物理分離和流體連通借助介于所述上部和所述下部之間的以下中的一種或更多種來實現(xiàn)：金屬網(wǎng)、多孔隔板、網(wǎng)柵、顆粒過濾器(12)或穿孔的金屬板。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高純度二氧化碳純化系統(tǒng)(20)，其中所述物理分離和流體連通借助至少部分地填充有負載型鎳氧化物并且具有入口(261)和出口(271)的第一容器(211)來實現(xiàn)，所述出口(271)與至少部分地填充有負載型鈀氧化物的第二容器(212)的入口(262)連通。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超高純度二氧化碳純化系統(tǒng)(20)，其中所述第一容器(211)的所述出口(271)直接連接至所述第二容器(212)的所述入口(262)，所述直接連接優(yōu)選地包括位于所述容器(211，212)之間的一個或更多個關(guān)閉閥(28’，28”)。5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的超高純度二氧化碳純化系統(tǒng)(10；20)，其中所述負載型鎳氧化物相對于所述負載型鈀氧化物的重量比為10至0.1，優(yōu)選5至0.2。6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的超高純度二氧化碳純化系統(tǒng)(10；20)，其中至少20％的上部體積填充有負載型鎳氧化物，至少20％的下部體積填充有負載型鈀氧化物。7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的超高純度二氧化碳純化系統(tǒng)(10；20)，其中所述系統(tǒng)(10；20)至少配備有一個加熱器和一個溫度探測裝置。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超高純度二氧化碳純化系統(tǒng)(20)，其中所述第一容器(211)和所述第二容器(212)各自配備有加熱器和一個或更多個溫度探測裝置。9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的超高純度二氧化碳純化系統(tǒng)(10；20)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：馬爾科·蘇奇，克里斯蒂安·蘭多尼，薩拉·福格特，查爾斯·H·阿普爾加思，
申請(專利權(quán))人：工程吸氣公司，
類型：發(fā)明
國別省市：意大利;IT