[发明专利]防止高纯气体生产装置不需要的停机的系统

说明书

技术领域

本发明涉及超高纯气体生产装置中不需要的纯化器停机的防止。具体地，纯化器被设置为包括新型的故障-安全(fail-safe)温度监测系统，该系统可将过高的化学吸附剂温度与组件故障区分开来，从而避免不需要的停机。 

背景技术

诸如半导体晶片、液晶显示器、发光二极管和太阳能电池的电子元件的生产通常需要包括一氧化碳、氢气和氧气在内的多种杂质含量为10 ppb或者更低的氮气。杂质含量处于这种水平的氮气称为超高纯氮气。超高纯氮气用于，例如，在各种电子元件加工过程中产生不含杂质的气氛，从而使所生产的产品中的缺陷数量最少。 

超高纯氮气生产中所用的基础材料是空气。虽然，该系统是参照氮气进行描述的，但是也可应用于许多种气体，如氦气、氢气、氧气、氩气和稀有气体。参见图1，显示了常规的系统100。空气被引入压缩机110中，在其中被压缩到35psig至200psig的压力。将所得高压空气物流进料入吸附系统120，该吸附系统具有平行排列的两个或多个床。吸附系统120通常在室温或接近室温的条件下操作，去除高沸点杂质如水和二氧化碳。所得纯化空气导入低温空气分离单元130，该单元包括，例如，至少一个蒸馏塔，去除大量的中沸点杂质如氧气。离开空气分离单元的氮气物流是常规的纯氮气物流，通常含有1-10ppm的氧气、1-10ppm的一氧化碳和1-10ppm的氢气。空气分离单元还产生含氧气的物流，其可部分用于去除来自吸附系统120的杂质。 

常规的纯氮气物流在基于化学吸附的气体纯化器140中进一步被纯化。该气体纯化器通常包含基于金属如镍的化学吸附剂，并与任何残余的氧气、氢气和一氧化碳反应和/或吸附这些残余气体。在再生步骤中，通过用加热的氢气/超高纯度氮气混合物进行反应或热解吸，来去除与所述金属基催化剂反应或吸附于其上的杂质。通常，1-10％的超高纯氮气物流被用于该目的。离开基于化学吸附的纯化系统140的氮气/氢气/杂质混合物被舍弃。 

随后，将所述纯化器中产生的超高纯氮气物流导入过滤器系统150，以去除任何颗粒，之后将超高纯氮气物流引导至使用地点。 

离开空气分离单元130的常规纯氮气物流可能，例如，在该物流到达气体纯化器140前，被进入所述系统的空气所危害(compromise)。高浓度的某些污染物/杂质如氧气可能引起放热反应。从而，气体纯化器140中的化学吸附剂达到超过预定值的温度，所述预定值通常介于120°F到400°F。在这种情况下，气体纯化器140被设为离线，而至终端用户的超高纯氮气流为不连续的。由于发生这种情况时，终端用户未接收到超高纯氮气，因此导致巨大的经济损失。 

已经进行了各种尝试来监测气体纯化器内的温度，从而使化学吸附剂不超过所规定的温度。Lorimer等在美国专利6,068,685、6,156,105、6,232,204和6,398,846中公开了一种包括吸气柱的气体纯化器，该吸气柱具有金属容器和在入口与出口之间延伸的容器壁。吸气材料通过从流过该材料的气体中吸附杂质来纯化所述气体。在吸气材料的顶端部分设置第一温度传感器，而在吸气材料的底端部分设置第二温度传感器，以迅速检测放热反应的发生，而放热反应表明待纯化气体中存在过量的杂质。 

Christel，Jr.等在美国专利4,832,711中描述了一种通过感测位于吸附前沿之前的温度前沿的发展，从水蒸汽与第二气体的混合物中吸附水蒸汽，以将混合物中的水蒸汽或第一气体浓度降至低于允许的最大浓度的系统。 

Harrison在美国专利4,816,043中公开了使用干燥剂从流体或气体混合物中选择性地分离或分馏组分，例如从加压空气物流中分离水分。通过感测位于吸附前沿之前的温度前沿的发展来确定剩余干燥剂容量。 

愈来愈需要设计一种气体纯化器系统，在该系统中设备故障(即温度传感器、计算机卡片等)与真实事件(即纯化器内的放热反应)被区分开来，而所述真实事件使得必须隔离纯化器，从而导致对终端用户的纯化气体供应不连续。 

发明内容

根据一个实施方案，本发明涉及一种新型故障-安全(fail-safe)温度监测系统，其能区分过高的化学吸附剂温度与组件故障，防止不需要的停机。 

附图说明

通过以下结合附图对本发明优选的实施方案进行详细描述，可以更好地理解本发明的目的和优点，在附图中相同的附图标记指示相同的特征，其中： 

图1为常规超高纯氮气系统即超高纯氮气生产系统(相关技术)的示意图；