用于氣體回收和再利用的系統(tǒng)和方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于氣體回收和再利用的系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2014年I月13日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)N0.61/926，649的優(yōu)先權(quán)權(quán)益。本臨時(shí)申請(qǐng)的公開(kāi)內(nèi)容在此以其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入。
發(fā)明領(lǐng)域
[0003]本文中描述了回收用于制造物品的工藝氣體例如氦氣(He)的系統(tǒng)和方法。本文中還描述了回收和然后再利用用于制造物品的工藝氣體的系統(tǒng)和方法。
[0004]發(fā)明背景
[0005]氦氣(He)是用于制造各種物品的工藝氣體。因?yàn)樵摎怏w是惰性的、具有極端的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)、并具有尚導(dǎo)熱性，它適合用于制造各種物品例如光纖、尚能加速器和娃片制造以及用于某些工藝?yán)珉娀『浮ｋm然He是地球大氣中第二最豐富元素，但大氣中的大部分He逸出到太空中。用于工業(yè)用途的氦氣作為天然氣生產(chǎn)的副產(chǎn)物得到。
[0006]因?yàn)樵?0世紀(jì)中葉，氦氣對(duì)軍事偵察和空間探索至關(guān)重要，所以國(guó)會(huì)要求政府在全國(guó)范圍內(nèi)鼓勵(lì)私人氦氣生產(chǎn)商將他們的氦氣銷(xiāo)售給政府，作為聯(lián)邦氦氣計(jì)劃(Federalhelium Program)的一部分。美國(guó)自己生產(chǎn)了世界氦氣的75%。該總數(shù)的幾乎一半、或世界氦氣供應(yīng)的大致30%，來(lái)自美國(guó)聯(lián)邦氦氣儲(chǔ)備(U.S.Federal Helium Reserve) ο制定氦氣價(jià)格的聯(lián)邦政府在4月宣布，氦氣價(jià)格將從FY2012的$75.75/千立方英尺(Mcf)飆升到FY 2013的$84/Mcf。這種價(jià)格飆升、連同不確定的聯(lián)邦政策一起，預(yù)示會(huì)產(chǎn)生短缺。
[0007]因此，需要提供用于捕集工藝氣體例如但不限于氦氣、和/或其他工藝氣體的方法、系統(tǒng)、設(shè)備或其組合，以在生產(chǎn)過(guò)程中再利用和/或再循環(huán)。本領(lǐng)域中需要降低運(yùn)送至生產(chǎn)工具的工藝氣體的成本。本領(lǐng)域還需要減少用于生產(chǎn)過(guò)程中的工藝氣體的浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本文中描述的方法、系統(tǒng)和設(shè)備滿(mǎn)足了本領(lǐng)域中的至少一種需要。在一個(gè)方面，提供了從使用所述工藝氣體的至少一個(gè)生產(chǎn)工具捕集和回收工藝氣體的設(shè)備，所述設(shè)備包括:
[0009](a)至少一個(gè)生產(chǎn)工具，其包含用于引入工藝氣體的輸入管線(xiàn)，其中所述至少一個(gè)生產(chǎn)工具與工藝控制器電連通；
[0010](b)流出物管線(xiàn)，其與至少一個(gè)生產(chǎn)工具流動(dòng)連通并在所述至少一個(gè)生產(chǎn)工具中加工物品之后移出用過(guò)的工藝氣體；
[0011](C)在所述流出物管線(xiàn)中的閥，其允許從所述生產(chǎn)工具移出所述用過(guò)的工藝氣體；
[0012](d)所述閥上游的回收管線(xiàn)，其將所述用過(guò)的工藝氣體引向處理管線(xiàn)；和
[0013](e)所述處理管線(xiàn)，其包含凈化器，其中所述用過(guò)的工藝氣體在所述凈化器中被處理以提供回收的工藝氣體。
[0014]在一個(gè)方面中，本文中描述的設(shè)備還包括與所述處理管線(xiàn)流動(dòng)連通的回收容器，其中所述回收容器包含所述回收的工藝氣體。在這個(gè)方面或替代方面，本文中描述的設(shè)備還包括將所述回收的工藝氣體通過(guò)所述輸入管線(xiàn)引入所述至少一個(gè)生產(chǎn)工具中。
[0015]在另一個(gè)方面，提供了從使用所述工藝氣體的至少一個(gè)生產(chǎn)工具捕集和回收工藝氣體的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:
[0016](a)具有用于引入所述工藝氣體的一個(gè)或多個(gè)管線(xiàn)的至少一個(gè)生產(chǎn)工具，其與工藝控制器電連通；
[0017](b)出自所述至少一個(gè)生產(chǎn)工具的流出物管線(xiàn)，其能夠移出引入所述生產(chǎn)工具中的工藝氣體；
[0018](c)在所述流出物管線(xiàn)中的閥，其允許從所述生產(chǎn)工具移出所述工藝氣體和防止至少一部分流出物返回到所述至少一個(gè)生產(chǎn)工具；
[0019](d)與所述至少一個(gè)生產(chǎn)工具、或流出物管線(xiàn)具有連接的位于所述閥上游的回收管線(xiàn)，其能夠從所述生產(chǎn)工具或流出物管線(xiàn)中移出所述工藝氣體并將它送至處理管線(xiàn)；
[0020](e)工藝控制器；和，
[0021](f)回收容器，其與所述工藝控制器電連通并能夠容納所述回收的工藝氣體。在一種【具體實(shí)施方式】中，所述工藝氣體包含氦氣。
[0022]在另一方面，提供了捕集和回收工藝氣體的方法，所述步驟包括:
[0023]向其中具有待加工的物品的加工工具提供工藝氣體；
[0024]用所述工藝氣體加工所述物品以提供用過(guò)的工藝氣體；
[0025]通過(guò)流出物管線(xiàn)從所述加工工具移出所述用過(guò)的工藝氣體；和
[0026]處理所述用過(guò)的工藝氣體以提供回收的工藝氣體。
[0027]在一個(gè)方面，本文中描述的方法還將所述回收的工藝氣體引入回收容器、例如但不限于儲(chǔ)瓶或罐中以容納所述回收的工藝氣體。在這個(gè)方面或替代的方面，本文中描述的方法還包括將所述回收的工藝氣體通過(guò)所述輸入管線(xiàn)引入所述至少一個(gè)生產(chǎn)工具中。
【附圖說(shuō)明】
[0028]本發(fā)明在下文中將結(jié)合附圖描述。
[0029]圖1提供了用于從至少一個(gè)生產(chǎn)工具捕集和回收工藝氣體例如氦氣的所述設(shè)備、系統(tǒng)和方法的實(shí)施方式，其顯示了在所述回收的工藝氣體運(yùn)送到所述至少一個(gè)生產(chǎn)工具之前所述系統(tǒng)的元件。
[0030]圖2顯示了本文中描述的所述系統(tǒng)設(shè)備、系統(tǒng)和方法的實(shí)施方式，描繪了從多個(gè)生產(chǎn)工具回收用過(guò)的工藝氣體和與生產(chǎn)工具相連的流出物管線(xiàn)，其然后引導(dǎo)到另外的系統(tǒng)進(jìn)行處理。
[0031]圖3顯示了本文中描述的系統(tǒng)設(shè)備、系統(tǒng)和方法的實(shí)施方式，描繪了所述用過(guò)的工藝氣體經(jīng)受一種或多種處理。
[0032]圖4顯示了本文中描述的系統(tǒng)設(shè)備、系統(tǒng)和方法的實(shí)施方式，描繪了圖3的處理工藝氣體經(jīng)受一種或多種附加處理例如凈化。
[0033]圖5顯示了本文中描述的系統(tǒng)設(shè)備、系統(tǒng)和方法的實(shí)施方式，描繪了所述處理和凈化方法或者圖4的回收氣體經(jīng)受一種或多種附加處理例如壓縮。
[0034]圖6顯示了本文中描述的系統(tǒng)設(shè)備、系統(tǒng)和方法的實(shí)施方式，描繪了圖5的回收工藝氣體被引導(dǎo)到與多個(gè)加工工具流動(dòng)連通的歧管。
[0035]圖7是本文中描述的系統(tǒng)設(shè)備、系統(tǒng)和方法的實(shí)施方式，描繪了至少一個(gè)生產(chǎn)工具和所述工藝氣體的輸入管線(xiàn)和所述用過(guò)的工藝氣體的流出物管線(xiàn)。
【具體實(shí)施方式】
[0036]物料回收提供了減少由生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的廢棄物的成本和量的機(jī)會(huì)。半導(dǎo)體工藝的流出物，例如氦氣或其他工藝氣體，可回收再利用而不是像當(dāng)前所做的那樣作為廢棄物處理。物料回收提高了物品制造的利用效率、節(jié)省了有限的資源、和/或減少了所產(chǎn)生的廢棄物的量。雖然本文中描述的方法、系統(tǒng)和/或設(shè)備用于捕集和再利用在物品生產(chǎn)中使用的氦氣(He)，但相信本文中描述的方法、系統(tǒng)和/或設(shè)備可以擴(kuò)展到其他工藝氣體，例如但不限于氫氣或以下稀有氣體之一:氖氣，氬氣，氣氣，氣氣，和/或其組合。然而，在本文中描述的之外、可通過(guò)膜技術(shù)進(jìn)行凈化的其他工藝氣體也可以用于本文中描述的系統(tǒng)、方法和設(shè)備。
[0037]本文中描述了回收想要的工藝氣體例如但不限于He的機(jī)構(gòu)，其回收收率使生產(chǎn)廢棄物最小化并允許被捕集的用過(guò)的工藝氣體在所述制造工藝中再利用。術(shù)語(yǔ)“用過(guò)的工藝氣體”在本文中使用時(shí)是指物品生產(chǎn)中使用過(guò)的工藝氣體。在本文中描述的方法、系統(tǒng)和設(shè)備的一種實(shí)施方式中，所述用過(guò)的工藝氣體被捕集并然后經(jīng)受一種或多種以下處理:干燥、凈化、壓縮、儲(chǔ)存和/或冷凝以符合所述工藝氣體的工藝要求，例如純度、濕度、微粒、壓力、體積或其他要求，從而提供回