專利名稱：稀土合金與海綿鈦混劑對(duì)氬、氮、氫氣提純及回收的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氬氣、氮?dú)?、氫氣的提純及回收，尤其涉及ー種采用稀土合金與海綿鈦混劑對(duì)氬、氮、氫氣提純及回收的方法。
背景技術(shù)：
惰性氣體包括(0族元素)Home氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)、氡(Rn)。它們不與任何物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。由于空氣中氬含量較多，常作為保護(hù)氣、載氣、稀釋氣、標(biāo)準(zhǔn)氣等廣泛的應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的許多行業(yè)。以下以氬氣作為論述代表，エ藝技術(shù)也 適用于其它惰性氣體。目前市售エ業(yè)規(guī)模氣體產(chǎn)品一般純度標(biāo)準(zhǔn)為(氬、氮、氫大體相近)エ業(yè)純度彡99. 9 99. 99%,高純氣的純度彡99. 999 99. 9999%，高純氣的純度為エ廠在線檢測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)際上由于氣體輸送過程中不可避免的污染，高純氣用氣點(diǎn)的純度應(yīng)在99. 999 99. 9995% 之間。國(guó)內(nèi)外對(duì)氬、氮、氫等氣體的終端提純方法有很多種，用得比較多的有以下方法
I.選擇吸附法；2.變壓吸附法；3.催化反應(yīng)法；4.深冷分離法；5.膜分離法；6.金屬吸氣法等等。同一種氣體在不同的應(yīng)用情況下對(duì)氣體中雜質(zhì)含量要求不同，采用的方法也不同，許多純化劑只對(duì)特定的雜質(zhì)有脫除效應(yīng)。全面脫雜，常常采用多種純化劑、多級(jí)集成的方法。如果エ藝選擇不當(dāng)，將大大增加工藝操作復(fù)雜性和成本。專利號(hào)ZL 200510136041. 4名稱為“單晶硅制備中稀土鑭系基合金吸氣劑提純氬氣與氬氣回收エ藝”的發(fā)明專利(與本專利為同一申請(qǐng)人)中公開了ー種稀土鑭系基合金吸氣劑(以下簡(jiǎn)稱CFOl劑)，CF01劑及エ藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)是針對(duì)單晶硅制備，考慮到單晶硅制備中氮、氫氣體對(duì)硅沒有影響，在某些エ藝過程中甚至人為摻氮，而早期的區(qū)熔單晶硅是在氫氣保護(hù)下生長(zhǎng)。因此對(duì)氬中的氮、氫氣體無吸除要求，而且實(shí)際上氮、氫含量微乎其微。采用単一 CFOl劑對(duì)單晶硅制備中氬氣提純，在常壓下控制溫度一般為350-450°C時(shí)即可滿足拉制高質(zhì)量單晶硅要求，將對(duì)影響單晶硅制備的雜質(zhì)氣體除盡，采用単一的CFOl劑及低溫エ藝主要目的是保證單晶硅質(zhì)量的前提下簡(jiǎn)化工藝，降低成本。采用單一的CFOl劑不能實(shí)現(xiàn)對(duì)多種氣體提純，如氮?dú)夂蜌錃?。因此，如何采用ー種純化劑、最簡(jiǎn)單的ー級(jí)エ藝、最低的成本同樣制造出與采用多種純化劑，多級(jí)集成エ藝相同甚至更高純度的高純氬、氮、氫氣體是近年來一直在不斷攻關(guān)的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是研發(fā)一種采用稀土合金與海綿鈦混劑對(duì)氬、氮、氫氣提純及回收的方法。為實(shí)現(xiàn)該方法，本發(fā)明的另ー個(gè)目的是研發(fā)一種均采用稀土合金與海綿鈦混劑可通用于對(duì)氬、氮、氫氣提純的浄化機(jī)及浄化回收機(jī)。本發(fā)明采用的稀土合金為CFOl劑，用CFOl劑與海綿鈦組成的混合劑作為純化劑(以下簡(jiǎn)稱稀鈦混劑)，采用稀鈦混劑在同一多溫度區(qū)域爐管中對(duì)惰性氣體、氮?dú)?、氫氣提純及回收，?shí)現(xiàn)了一機(jī)多用的設(shè)計(jì)方案。本發(fā)明采用的稀鈦混劑是以CFOl劑為基礎(chǔ)增加了純海綿鈦，其目的是在不同工藝條件下從提純惰性氣體氬進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用于提純氮?dú)夂蜌錃?。本發(fā)明除了仍可用于單晶硅制備的氬氣提純外，還廣泛應(yīng)用于提純氮、氫氣的多種行業(yè)，如手套箱、分析儀器、高純金屬制備及半導(dǎo)體等許多行業(yè)中。CFOl劑組分及特性在專利號(hào)ZL 200510136041. 4發(fā)明專利中已有詳細(xì)論述，在此不再贅述。實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)證明CF01劑可以在不同溫度下產(chǎn)生較其它金屬或合金更強(qiáng)的吸附效能，從而激發(fā)和加速反應(yīng)。利用CFOl劑對(duì)保護(hù)氣體中雜質(zhì)特別是性能較活潑的極性雜質(zhì)氣體強(qiáng)的吸附效應(yīng)，從而達(dá)到提純保護(hù)氣體目的，制備高純氣體。在CFOl劑中加入海綿鈦能進(jìn)一步提高純化劑吸氣性能，并在氬氣中除氫及氫氣提純中發(fā)揮獨(dú)特的作用。
熱還原法生產(chǎn)出的鈦呈海綿狀，是制造金屬鈦及鈦產(chǎn)品的中間產(chǎn)品，高質(zhì)量海綿鈦純度一般為99. I 99. 7%，雜質(zhì)元素(質(zhì)量)總量為O. 3 O. 9%。鈦及海綿狀在常溫下其表面覆蓋著一層氧化物，主要是二氧化鈦，鈦的氧化物阻礙不同氣體與鈦發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。因此可以長(zhǎng)期存放于空氣中。研究表明，溫度升高將造成膜出現(xiàn)裂口，隨著溫度的不斷升高，除惰性氣體以外的氣體與鈦反應(yīng)速度及擴(kuò)散速度加快，加上海綿鈦的巨大的多孔表面積所具有的表面能，更加快了反應(yīng)速度及擴(kuò)散速度，由于這些氣體與鈦化合反應(yīng)生成鈦的化合物而使該氣體數(shù)量減少，常稱之為所謂吸氣效應(yīng)，鈦或其它同類物品(包括CFOl劑)稱為吸氣劑。鈦與氣體生成穩(wěn)定的各種鈦化合物，溫度對(duì)鈦與氣體反應(yīng)起主要作用。海綿鈦單獨(dú)作為吸氣劑的效能不高，通常在800 °C以上才能高效吸氣，但鈦與氫的反應(yīng)很重要，具有特性。反應(yīng)與其它氣體不同，反應(yīng)為可逆反應(yīng)，200-5000C時(shí)反應(yīng)為正向生成鈦的固態(tài)化合物二氫化鈦Ti+H2 — TiH2，在低溫200-500°C時(shí)即足以使表面膜發(fā)生與氫反應(yīng)產(chǎn)生所謂氫裂，在300°C以上反應(yīng)已經(jīng)很充分，生成二氫化鈦，二氫化鈦是間隙固熔體，并不穩(wěn)定，原子直徑很小的氫原子很容易沿鈦晶界擴(kuò)散，鈦與氫形成的固熔體中氫原子數(shù)目對(duì)每一個(gè)鈦原子來說并非整數(shù)，500 °C以上時(shí)經(jīng)過渡溫區(qū)后反應(yīng)開始逐漸向逆反應(yīng)方向進(jìn)行。Ti+H2 — TiH2溫度升高600 °C以上，反應(yīng)加劇并形成逆向反應(yīng)而放出氫來。鈦與氫的可逆反應(yīng)這一特性在本發(fā)明中有重要意義，可用于提純氬氣及氮?dú)鈺r(shí)低溫除氫，也可用于鈦與氫的可逆反應(yīng)過程中高溫放氫(鈦與氫不反應(yīng))效應(yīng)用于提純氫氣。CF-Ol劑對(duì)氮、氧等氣體的吸除效能很高，但與鈦一樣高溫不與氫反應(yīng)。鈦不直接與稀土金屬合金反應(yīng)，鈦與氣體反應(yīng)(包括固體雜質(zhì))生成的金屬化合物十分穩(wěn)定。即使是與氫的可逆反應(yīng)的生成物也不發(fā)生大的結(jié)構(gòu)變化。海綿鈦具有多孔海綿狀結(jié)構(gòu)，除了具有巨大的表面能增加其吸附效應(yīng)外，氣體流通渠道暢通，單位體積純化劑單位時(shí)間提純氣體的量(空速)較多，增加了所謂空速指標(biāo)。海綿鈦的化合物不粉化，是稀鈦混劑理想的固著填料。就氣體凈化工藝而言，反應(yīng)的生成物不粉化非常重要，不僅減輕了后續(xù)過濾負(fù)荷，而且使空速和吸氣劑不會(huì)因吸氣劑粉化而性能線性遞減，大大提高了工藝性能，延長(zhǎng)了吸氣劑壽命。這也是本發(fā)明采用CF-Ol劑與海綿鈦混劑的依據(jù)之一。稀鈦混劑按一定體積比制成機(jī)械混合物作為純化劑使用，充分利用了 CFOl劑低溫高效吸除極性氣體及海綿鈦與氫的可逆反應(yīng)等特性，同時(shí)利用海綿鈦反應(yīng)物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的特點(diǎn)(不粉化)，大大提高了純化效能并改善了綜合工藝性能。
在對(duì)長(zhǎng)期的工作實(shí)踐中記錄、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及理論的分析研究中發(fā)現(xiàn)高質(zhì)量的海綿鈦與CF-Ol劑混合使用不但能高效吸除雜質(zhì)氣體，而且在不同エ藝情況下具有選擇吸氣特點(diǎn)，可用于多種氣體如IS氣、氮?dú)狻錃獾奶峒?。在高純氣的干燥技術(shù)中，金屬及合金脫水性能是比較差的，多數(shù)無能為力，經(jīng)中國(guó)原子能研究院放化所手套箱氬氣凈化回收エ藝中流程在線測(cè)氧、水時(shí)發(fā)現(xiàn)在200-650°C可將水含量降低IOPPm (北京氧氣廠做過系統(tǒng)的氬氣凈化實(shí)驗(yàn)中也于證實(shí))。在前期生產(chǎn)的單晶硅制備中，稀鈦混劑回收機(jī)在秦皇島華美電源設(shè)備公司試用中也證明，可將回收氬水含量露點(diǎn)約_70°C降低至_76°C以上。本發(fā)明的原料氣體的純度99. 99%以上，水含量不超過5PPm，稀鈦混劑對(duì)氣體終端提純中，降低水含量IOPPm有重要意義。可以達(dá)到高純級(jí)氣體水含量標(biāo)準(zhǔn)(小于IPPm)。CFOl劑和稀鈦混劑在北京氧氣廠分別做過系統(tǒng)的氬氣凈化實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)是采用意大利2700型氦離子化氣相色譜儀、法國(guó)AL-800型氬中微量雜貨氣相色譜儀、國(guó)產(chǎn)10-200 微量氧分析儀、648A-5微量氧分析儀、SH-81型光電露點(diǎn)儀進(jìn)行測(cè)試的。在被測(cè)氬氣含雜量高達(dá)近3000PPm (其中含氮高達(dá)857-2000PPm、氧965 PPm)的實(shí)驗(yàn)配氬在200-650°C時(shí)，CFOl劑和稀鈦混劑均可將氬氣中極性氣體總雜質(zhì)量降到0. IPPm(儀器最低檢測(cè)限)以內(nèi)。同時(shí)在實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)氬氣中的氫時(shí)有時(shí)無，實(shí)際上是氫與海綿鈦的可逆反應(yīng)特性所至。200-500で吸氫，500°C以上吸氫效能遞減，當(dāng)溫度在600 °C以上時(shí)稀鈦混劑幾乎不吸氫。加入海綿鈦的稀鈦混劑對(duì)脫氫性能強(qiáng)于單獨(dú)CFOl齊U。在本次實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)CF01劑和稀鈦混劑吸氧效能很高，200-300°C時(shí)數(shù)千PPm的氧幾乎測(cè)不到(含氧化氣體，水汽實(shí)際上也是含氧氣體)，氧含量已經(jīng)可降至0. IPPm以內(nèi)，當(dāng)然溫度升高吸氧效能更高。因此吸氧的溫度在200°C以上很寬的溫度區(qū)域適用。而在本溫度范圍內(nèi)脫氮不力，幾乎不吸氮，溫度逐漸升高脫氮加速，500°C時(shí)吸氮效能明顯加劇，到550°C時(shí)數(shù)千的氮含量已經(jīng)測(cè)不出來。稀鈦混劑雖然在550で以上吸氮效能較高，但在此溫度范圍內(nèi)卻是氫與稀鈦混劑放氫過程(吸氫為200-500で)，因此如制備無氮無氫的超純氬氣，則必須置稀鈦混劑于兩個(gè)溫度區(qū)域，通常采用兩級(jí)凈化系統(tǒng)，本發(fā)明在一個(gè)爐管中設(shè)計(jì)兩個(gè)溫度區(qū)域，很好地解決了這個(gè)問題。綜上所述，采用単一 CFOl劑對(duì)單晶硅制備中氬氣提純與本發(fā)明具有吸氣劑不同，提純效能不同，應(yīng)用范圍不同，エ藝及設(shè)備不同等不同點(diǎn)，本發(fā)明是在前者基礎(chǔ)上的進(jìn)步和發(fā)展，較前者應(yīng)用范圍更廣，效能更高，設(shè)備更簡(jiǎn)單，應(yīng)用價(jià)值更高。本發(fā)明采取的技術(shù)方案是一種稀土合金與海綿鈦混劑對(duì)氬、氮、氫氣提純的方法，其特征在干稀土合金與海綿鈦混劑是由稀土鑭系基合金吸氣劑與海綿鈦混合的純化齊U，將稀土合金與海綿鈦混劑及填料放入純化爐管中，純化爐管分為第一低溫區(qū)、第二高溫區(qū)和粗過濾區(qū)，兩個(gè)溫度區(qū)利用稀土合金與海綿鈦混劑的不同溫度的選擇吸氣特性脫除氬、氮、氫氣中的雜質(zhì)氣，最后經(jīng)粗過濾區(qū)的填料粗過濾，完成提純過程，提純后再通過過濾器除去微塵后送入用氣點(diǎn)，第一低溫區(qū)和第二高溫區(qū)的工作溫度范圍200 650°C。本發(fā)明所述的稀鈦混劑對(duì)氬、氮、氫氣提純的回收方法，其特征在于采用稀鈦混劑對(duì)氬、氮、氫氣提純后的高純氣經(jīng)用氣點(diǎn)用氣后，排出的廢氣經(jīng)無泄漏高氣密壓縮機(jī)壓入緩沖罐中，重新進(jìn)入凈化系統(tǒng)，如此往復(fù)循環(huán)。本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是由于采用具有在不同溫度(200-650°C)區(qū)間選擇性吸除惰性氣體以外氣體特性的稀鈦混劑進(jìn)行提純，不僅擴(kuò)展了應(yīng)用范圍，而且對(duì)氬、氮、氫氣體提純的效能更高，由采用一種純化劑、最簡(jiǎn)單的一級(jí)工藝、最低的成本替代了原始的采用多種純化劑，多級(jí)集成工藝制造高純度的氬、氮、氫氣體，實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用的設(shè)計(jì)方案。經(jīng)再次提純后可循環(huán)往復(fù)使用，節(jié)能減排，提聞效益。在以上氣體的提純行業(yè)中具有很大的應(yīng)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。


圖I為本發(fā)明凈化機(jī)設(shè)備工藝流程圖。圖2為本發(fā)明凈化回收機(jī)設(shè)備工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。稀土鑭系基合金吸氣劑與海綿鈦組成的混 合劑性能參數(shù)
O吸氧容量:280毫升/克(CF01劑計(jì))；
2)空速(單位體積純化劑單位時(shí)間提純氣體的量)大于13000/時(shí)(CF01劑計(jì))；
3)工作壓力常壓 O.O3MPa ；
4)工作溫度稀鈦混劑在溫度為200-650°C時(shí)可吸除氧氣、氧化合氣體和水汽；在溫度為200-500 °C時(shí)吸除氫氣，在溫度為600°C以上時(shí)不吸氫氣，(在500-600°C之間是可逆反應(yīng)的轉(zhuǎn)變溫區(qū)可視為平衡區(qū))，溫度在300°C以下時(shí)不吸氮?dú)?，在溫度?00 1以上時(shí)可脫除氮?dú)獠㈦S溫度升高而脫氮效能加強(qiáng)，在任何溫度下不吸惰性氣體(氬、氦)。性能參數(shù)所設(shè)定的溫度區(qū)域較寬，目的是為了在實(shí)施應(yīng)用中設(shè)備在比較寬的溫度區(qū)域內(nèi)可選擇性較大，以適應(yīng)用于多種氣體提純工藝中。溫度低則吸除雜質(zhì)效能較差，而溫度高則耗能高且減少設(shè)備壽命，因此在設(shè)定有效的溫度范圍內(nèi)，應(yīng)根據(jù)用戶對(duì)氣體含雜量不同要求選擇溫度。用戶可根據(jù)稀鈦混劑在不同溫度下的吸氣性能選擇所需提純的氣體及靈活掌握所需吸除和保留的氣體。5)純化劑尺寸CF01劑為直徑2-3毫米、長(zhǎng)5_10毫米柱狀物。海綿鈦選擇盡可能高質(zhì)量品種，粒度控制在直徑為3-6毫米。
6)穩(wěn)定性CF01劑和海綿鈦常溫時(shí)性能穩(wěn)定，可長(zhǎng)期在空氣中存放。稀土合金與海綿鈦混劑一次性裝入后長(zhǎng)期使用，沒有復(fù)雜的活化再生工藝。7)原料氣純化前原料氣純度為工業(yè)級(jí)99. 99%，用氣點(diǎn)是在高純氣環(huán)境中，只要所有的管路輸送設(shè)備及器件不泄漏，回收氣純度不低于99. 99%
8)稀鈦混劑用量由于用戶使用情況及規(guī)模不同，可根據(jù)CFOl劑吸氧容量、空速指標(biāo)及所需處理的不同原料氣體的流量及所需除去雜質(zhì)含量計(jì)算CFOl劑用重量，然后按CFOl劑與海綿鈦體積比4 6確定總重量，使用時(shí)間可定為兩年。稀鈦混劑及粗濾填料應(yīng)裝在徑高比不小于12的純化爐管中。純化爐管底部出口部分約IOOmm長(zhǎng)度的粗過濾區(qū)裝有耐溫粗過濾填料，填料可選用內(nèi)徑l_2mm、長(zhǎng)小于5mm的瓷管。本發(fā)明采用稀鈦混劑在對(duì)氬氣進(jìn)行提純中，如想獲得無氮?dú)涞某儦鍤?，則必須采用溫度分區(qū)浄化機(jī)。第一低溫區(qū)溫度控制在200-500で脫除氫氣、氧氣、氧化合氣體及水汽，第二高溫區(qū)溫度控制在500 650°C脫除氮?dú)?，即可將所有雜質(zhì)除盡，制備超純氬、氦氣。采取此エ藝，在原料氣體純度(99. 99%)時(shí)，原料氬雜質(zhì)總量小于lOOPPm。盡管稀鈦混劑除雜質(zhì)總量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)很高，但從經(jīng)濟(jì)性考慮應(yīng)限定在此標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。純化后氬氣等惰性氣體純度可達(dá)99. 99995% (水單列)，其中的雜質(zhì)氣體含量(ppma):氧< 0. 01，氧化氣體< 0. 01，氮< 0. 1，氫< 0. 1，烴類< 0. 1，露點(diǎn)-76°C以下。本發(fā)明采用稀鈦混劑在對(duì)氮?dú)膺M(jìn)行提純中，第一低溫區(qū)和第二高溫區(qū)的溫度全部控制在200 300°C脫除氫氣、氧氣、氧化合氣體及水汽。稀鈦混劑雖在300°C時(shí)脫除氫氣效能不高，但エ業(yè)氮中的氫含量已經(jīng)很少( 一般小于10 ppma),純化后的氫氣含量小于5ppma?？紤]到氮?dú)馊匀挥幸欢ǖ幕钚?，?duì)原料氣要求純度不低于99. 99%，提純后氮?dú)饧兌冗_(dá)99.999%以上(水單列)。其中的雜質(zhì)氣體含量(ppma):氧< 1，氧化氣體< 1，，氫< 5，烴類< 1，露點(diǎn)_76°C以下。如果溫度超過300°C，將有部分氮?dú)獗幻摮M(jìn)ー步影響稀鈦混劑壽命。本發(fā)明采用稀鈦混劑在對(duì)氫氣進(jìn)行提純中，第一低溫區(qū)和第二高溫區(qū)的溫度全部控制在550 650°C脫除氮?dú)?、氧氣、氧化合氣體及水汽。原料氣要求純度不低于99. 99%，用以制備99. 999% (水單列)以上純度的氫氣。氫氣必須在升至550°C 650°C時(shí)才可進(jìn)入不含任何氣體(惰性氣體除外)的真空純化爐管中。純化后氫氣中的雜質(zhì)氣體含量(ppma):氧< 0. 1，氧化合氣體< 1，氮< 5，烴類< 2，露點(diǎn)-76°C以下。目前不少單位同時(shí)在不同エ序?qū)?、氮、氫提純，采用本發(fā)明的溫度分區(qū)浄化機(jī)可靈活的用一種設(shè)備通用于對(duì)氬、氮、氫提純。如果凈化機(jī)為專用氮?dú)?、氫氣浄化機(jī)也可以不分高低溫區(qū)，此時(shí)變?yōu)椹`個(gè)溫區(qū)，一區(qū)和ニ區(qū)用ー套加熱控制系統(tǒng)，溫度均控制在要求的溫度區(qū)間。惰性氣體可視為無含量氣體，在其它氣體提純中忽略不計(jì)。在稀土鑭系基合金吸氣劑與海綿鈦混合劑放入純化爐管之前進(jìn)行活化處理，處理方法是首先將海綿鈦用濃度為10%以下稀鹽酸液浸洗片刻，然后用去離子水沖凈烘干；隨即將計(jì)算好的CFOl劑用量與處理后的海綿鈦按重量體積比4 6混合均勻，并與粗過濾填料同時(shí)按圖I所示順序裝入純化爐管中。純化爐管密封后，稀土鑭系基合金吸氣劑與海綿鈦混劑在兩個(gè)溫度區(qū)的溫度均為500-550°C下邊加熱邊抽真空16小時(shí)以上活化處理，稀鈦混劑一旦處理后，純化爐管保持負(fù)壓不準(zhǔn)許任何氣體進(jìn)入，設(shè)備的氣密性應(yīng)達(dá)到任何時(shí)長(zhǎng)壓カ表針不動(dòng)。第一低溫區(qū)和第二高溫區(qū)全部裝入稀鈦混劑，因?yàn)橄♀伝靹┪鼩庑阅茈S溫度升高呈平滑増加，沒有拐點(diǎn)和突變。因此兩個(gè)溫度區(qū)交接處溫度變化要求不高，無需精確地控制兩個(gè)溫度區(qū)交接處溫度值，兩個(gè)溫度區(qū)的溫度范圍是一個(gè)相對(duì)長(zhǎng)度的平均值，溫度區(qū)交接處溫度是ー個(gè)漸變過程。兩個(gè)溫區(qū)總爐管徑高比在12以上，有足夠的溫度保證。同時(shí)稀鈦混劑吸氣溫度適用范圍較寬，溫度控制波動(dòng)在25°C內(nèi)也不會(huì)有問題。因此在設(shè)計(jì)選擇加熱元件和控溫系統(tǒng)時(shí)采用常用的加熱及控制系統(tǒng)即可。本發(fā)明采用的設(shè)備價(jià)廉、エ藝簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠。當(dāng)然用戶如需電腦高精度自動(dòng)控制，并配高精度檢測(cè)儀器儀表也可。實(shí)施例I :參照?qǐng)D1，稀土合金與海綿鈦混劑對(duì)氬、氮、氫氣提純的凈化機(jī)包括純化爐4內(nèi)設(shè)有由加熱器件供熱的純化爐管7，純化爐管7外設(shè)有保溫筒10，純化爐管7內(nèi)設(shè)有兩個(gè)溫度區(qū)，分別是第一低溫區(qū)14和第二高溫區(qū)15，且由兩個(gè)溫度區(qū)的加熱系統(tǒng)16分別進(jìn)行控制，第一常溫區(qū)14和第二低溫區(qū)15裝有稀土合金與海綿鈦混劑8，純化爐管7底部設(shè)有粗過濾區(qū)17，粗過濾區(qū)17裝有填料9，純化爐管7進(jìn)口通過流量計(jì)2與第一閥門I連接，流量計(jì)2通過第二閥門5與抽氣泵6連接，純化爐管7的出口通過第三閥門10與過濾器12連接，過濾器12通過第四閥門13連接用氣點(diǎn)。稀土合金與海綿鈦混劑對(duì)氬、氮、氫氣提純的凈化機(jī)設(shè)備工藝流程說明原料氣由第一閥門I進(jìn)入流量計(jì)2，由流量計(jì)2控 流量后進(jìn)入純化爐管7中，在純化爐管7內(nèi)裝有純化劑-稀土合金與海綿鈦混劑(稀鈦混劑)8，在相應(yīng)的溫度下稀鈦混劑吸除原料氣中的雜質(zhì)氣體，提純后的產(chǎn)品純氣經(jīng)過純化爐管7出口部分的粗過濾填料9粗過濾，填料粗濾稀鈦混劑與氣體反應(yīng)產(chǎn)生的塵埃，然后經(jīng)過第三閥門11進(jìn)入精密過濾器12進(jìn)一步過濾除去微塵，經(jīng)過提純和除塵的高純無塵產(chǎn)品氣體經(jīng)第四閥門13送往用氣點(diǎn)。壓力表3用于檢測(cè)整個(gè)系統(tǒng)壓力，第二閥門5是通向抽氣泵氣體的開關(guān)，抽氣泵6的作用是檢測(cè)系統(tǒng)的氣密性，保證系統(tǒng)處于負(fù)壓狀態(tài)及稀鈦混劑活化處理。兩個(gè)溫度區(qū)的加熱系統(tǒng)16由位于純化爐管外的加熱及溫控儀表組成。溫度由電阻式加熱絲產(chǎn)生，由傳感器熱電偶及自動(dòng)控制儀器儀表控制加熱絲的功率，按用戶要求自動(dòng)控制產(chǎn)生不同的溫度。以上工藝主要用于不能回收的惰性氣體(氬、氦)、氮、氫行業(yè)的終端凈化。實(shí)施例2:參照?qǐng)D2，稀土合金與海綿鈦混劑對(duì)氬、氮、氫氣提純的凈化回收機(jī)包括無泄露高氣密壓縮機(jī)23和緩沖罐24，用氣點(diǎn)19連接有補(bǔ)氣閥門20和放氣閥門21，用氣點(diǎn)19排出廢氣的出口通過第五閥門22與無泄露高氣密壓縮機(jī)23連接，無泄露高氣密壓縮機(jī)23與緩沖罐24連接，在無泄露高氣密壓縮機(jī)23進(jìn)口與緩沖罐24出口之間連接有調(diào)節(jié)閥門25，緩沖罐24通過減壓控制閥門26與第一閥門I連接，第一閥門I與減壓控制閥門26之間連接有進(jìn)氣閥門18。稀土合金與海綿鈦混劑對(duì)氬、氮、氫氣提純的凈化回收機(jī)設(shè)備工作流程說明原料氣經(jīng)過進(jìn)氣閥18和第一閥門I進(jìn)入流量計(jì)2，由流量計(jì)2控制流量后進(jìn)入純化爐4中。經(jīng)過純化爐4中的稀鈦混劑提純和粗過濾填料粗濾塵埃的純氣由第三閥門11進(jìn)入精密過濾器12進(jìn)一步精過濾除去微塵。經(jīng)過提純和除塵的高純無塵產(chǎn)品氣體經(jīng)第四閥門13送往用氣點(diǎn)19中。用氣點(diǎn)19上裝有補(bǔ)氣閥門20和放氣閥門21，它們的作用是微調(diào)用氣點(diǎn)19的壓力穩(wěn)定。補(bǔ)氣閥門20與外接高純氣連接。用氣點(diǎn)19排出的廢棄氣體經(jīng)第五閥門22收集，并經(jīng)無泄漏高氣密壓縮機(jī)23壓縮至緩沖罐24中，調(diào)節(jié)閥門25控制壓縮機(jī)23壓縮量，以調(diào)節(jié)系統(tǒng)流量在用戶所需范圍內(nèi)。緩沖罐24出來的氣體由下游穩(wěn)定減壓控制閥門26將用戶所需穩(wěn)定壓力的氣體送往第一閥門1，由第一閥門I再次進(jìn)入流量計(jì)2，以此循環(huán)往復(fù)，實(shí)現(xiàn)回收。稀土合金與海綿鈦混劑對(duì)氬、氮、氫氣提純的凈化回收機(jī)是在凈化機(jī)的基礎(chǔ)上增加廢氣收集、壓縮、再提純以達(dá)到循環(huán)使用的目的。提純氬氣、氮?dú)?、氫氣的凈化機(jī)和凈化回收機(jī)的爐管結(jié)構(gòu)相同，所裝的純化劑相同，采用不同的溫度即可用于上述氣體提純，是一種通用的凈化回收裝置。用戶可采用不同的溫度區(qū)域提純不同的氣體。純化爐4的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可參見圖I (虛線內(nèi)所示)。如果連續(xù)用氣則可采用兩套純化爐4并聯(lián)，一套工作，一套備用。其它流程和設(shè)備不變。在以上エ藝條件下，可根據(jù)所提純氣體的處理量大小做成微型、小型、中型、大型浄化及回收裝置。全部管路設(shè)計(jì)及設(shè)備選擇應(yīng)符合高純氣規(guī)范。浄化機(jī)及回收機(jī)系統(tǒng)均不能有任何泄漏，在壓カ表檢測(cè)壓カ為0. 5Mpa時(shí)各管路及設(shè)備在不少于一周內(nèi)壓カ表顯示數(shù)據(jù)不得有任何變化。該エ藝及裝置可對(duì)用于手套箱、高純金屬、半導(dǎo)體材料制備(如區(qū)熔硅單晶制備的氬氣回收)等可回收的保護(hù)氣體實(shí)施往復(fù)循環(huán)浄化回收。由于以上エ藝中保護(hù)氣用量較大，高純氣成本較高，因此該エ藝大大降低了成本，具有很高的效能和經(jīng)濟(jì)效益?！?br> 權(quán)利要求
1.一種稀土合金與海綿鈦混劑對(duì)氬、氮、氫氣提純的方法，其特征在于稀土合金與海綿鈦混劑是由稀土鑭系基合金吸氣劑與海綿鈦混合的純化劑，將稀土合金與海綿鈦混劑及填料放入純化爐管中，純化爐管分為第一低溫區(qū)、第二高溫區(qū)和粗過濾區(qū)，兩個(gè)溫區(qū)利用稀土合金與海綿鈦混劑的不同溫度的選擇吸氣特性脫除氬、氮、氫氣中的雜質(zhì)氣，最后經(jīng)粗過濾區(qū)的填料粗過濾，完成提純過程，提純后再通過過濾器除去微塵后送入用氣點(diǎn)，第一低溫區(qū)和第二高溫區(qū)的工作溫度范圍200 650°C。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的稀土合金與海綿鈦混劑對(duì)氬、氮、氫氣提純的方法，其特征在于所述的稀土合金與海綿鈦混劑在對(duì)氬氣進(jìn)行提純中，第一低溫區(qū)溫度控制在200-500°〇脫除氫氣、氧氣、氧化合氣體及水汽，第二高溫區(qū)溫度控制在500 650°C脫除氮?dú)狻?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的稀土合金與海綿鈦混劑對(duì)氬、氮、氫氣提純的方法，其特征在于所述的稀土合金與海綿鈦混劑在對(duì)氮?dú)膺M(jìn)行提純中，第一低溫區(qū)和第二高溫區(qū)的溫度全部控制在200 300°C脫除氫氣、氧氣、氧化合氣體及水汽。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的稀土合金與海綿鈦混劑對(duì)氬、氮、氫氣提純的方法，其特征在于所述的稀土合金與海綿鈦混劑在對(duì)氫氣進(jìn)行提純中，第一低溫區(qū)和第二高溫區(qū)的溫度全部控制在550 650°C脫除氮?dú)?、氧氣、氧化合氣體及水汽。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的稀土合金與海綿鈦混劑對(duì)氬、氮、氫氣提純的方法，其特征在于在稀土鑭系基合金吸氣劑與海綿鈦混合劑放入純化爐管之前進(jìn)行活化處理，處理方法是首先將海綿鈦用稀鹽酸液中浸洗，然后用去離子水沖凈烘干；將處理后的海綿鈦與稀土鑭系基合金吸氣劑按比例均勻混合，與粗過濾填料同時(shí)裝入純化爐管中，純化爐管密封后，稀土鑭系基合金吸氣劑與海綿鈦混劑在兩個(gè)溫度區(qū)的溫度均為500-550°C下邊加熱邊抽真空16小時(shí)以上活化處理，稀鈦混劑處理后，純化爐管保持負(fù)壓不準(zhǔn)許任何氣體進(jìn)入。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的稀土合金與海綿鈦混劑對(duì)氬、氮、氫氣提純的方法，其特征在于所述稀土鑭系基合金吸氣劑與海綿鈦混合的重量體積比為4 :6。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的稀土合金與海綿鈦混劑對(duì)氬、氮、氫氣提純的回收方法，其特征在于采用稀土合金與海綿鈦混劑對(duì)氬、氮、氫氣提純后的高純氣經(jīng)用氣點(diǎn)用氣后，排出的廢氣經(jīng)壓縮機(jī)壓入緩沖罐中，重新進(jìn)入凈化系統(tǒng)，如此往復(fù)循環(huán)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的稀土合金與海綿鈦混劑對(duì)氬、氮、氫氣提純的凈化機(jī)，包括純化爐(4)內(nèi)設(shè)有由加熱器件供熱的純化爐管(7)，純化爐管(7)外設(shè)有保溫筒(10)，其特征在于所述純化爐管(7)內(nèi)設(shè)有兩個(gè)溫度區(qū)，分別是第一低溫區(qū)(14)和第二高溫區(qū)(15)，且由兩個(gè)溫度區(qū)的加熱系統(tǒng)(16)分別進(jìn)行控制，所述第一常溫區(qū)(14)和第二低溫區(qū)(15)裝有稀土合金與海綿鈦混劑(8)，純化爐管(7)底部設(shè)有粗過濾區(qū)(17)，粗過濾區(qū)(17)裝有填料(9)，純化爐管(7)進(jìn)口通過流量計(jì)(2)與第一閥門(I)連接，流量計(jì)(2)通過第二閥門(5)與抽氣泵(6)連接，純化爐管(7)的出口通過第三閥門(11)與過濾器(12)連接，過濾器(12)通過第四閥門(13)連接用氣點(diǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I、權(quán)利要求7或權(quán)利要求8所述的稀土合金與海綿鈦混劑對(duì)氬、氮、氫氣提純的凈化回收機(jī)，包括其特征在于包括壓縮機(jī)(23)和緩沖罐(24)，用氣點(diǎn)(19)連接有補(bǔ)氣閥門(20 )和放氣閥門(21 )，用氣點(diǎn)(19 )排出廢氣的出口通過第五閥門(22 )與所述的壓縮機(jī)(23)連接，壓縮機(jī)(23)與緩沖罐(24)連接，在壓縮機(jī)(23)進(jìn)口與緩沖罐(24)出口之間連接有調(diào)節(jié)閥門(25)，緩沖罐(24)通過減壓控制閥門(26)與所述第一閥門(I)連接，第一閥門(I)與減壓控制閥門(26 )之間連接有進(jìn)氣閥門(18 ) 。
全文摘要
本發(fā)明涉及稀土合金與海綿鈦混劑對(duì)氬、氮、氫氣提純及回收的方法。稀土合金與海綿鈦混劑是由稀土鑭系基合金吸氣劑與海綿鈦混合的純化劑，將稀土合金與海綿鈦混劑放入純化爐管中的兩個(gè)溫度區(qū)脫除氬、氮、氫氣中的雜質(zhì)氣，最后經(jīng)粗過濾區(qū)的填料粗過濾，完成提純過程，提純后再通過過濾器除去微塵后送入用氣點(diǎn)。本發(fā)明不僅擴(kuò)展了應(yīng)用范圍，而且提純的效能更高，由采用一種純化劑、最簡(jiǎn)單的一級(jí)工藝、最低的成本替代了原始的采用多種純化劑，多級(jí)集成工藝制造高純度的氬、氮、氫氣體的方法，實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用的設(shè)計(jì)方案。并在凈化提純的基礎(chǔ)上對(duì)上述氣體實(shí)現(xiàn)了回收，經(jīng)再次提純后往復(fù)循環(huán)使用。因此，具有很大的應(yīng)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)C01B21/04GK102795608SQ201210289980
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月15日
發(fā)明者張憶延 申請(qǐng)人:天津環(huán)煜電子材料科技有限公司