[发明专利]用于管理气体纯化的方法和系统

说明书

提供了一种用于延长吸附剂的使用寿命的方法，该吸附剂用于通过吸附杂质来纯化气体。该方法包括在气体内产生放电以获得代表杂质的浓度的光谱发射。该方法还包括根据光谱发射监测杂质的浓度。该方法还包括通过将杂质的至少一部分转化为与该杂质相比对吸附剂具有更大的亲和力的二次杂质来降低杂质的浓度。该方法还包括将杂质的浓度与污染浓度进行比较，并根据该比较来管理将气体吸附到吸附剂上。

技术领域

本领域大体上涉及通过表面吸附进行气体纯化(purify，净化)，更具体地涉及利用光谱发射来管理气体纯化的方法和系统。

背景技术

从气体中去除杂质可以通过将杂质吸附在催化吸附剂诸如非蒸发型吸杂合金(gattering alloy，吸气合金)的活性表面上来执行。例如，通过使惰性气体诸如氩气、氦气、氖气、氪气或氙气通过加热的锆基吸附剂例如锆合金来对这样的惰性气体进行纯化是已知的。锆合金可以以粉末或颗粒的形式提供，并且被容纳在隔热的且可以被加热的不锈钢容器中。锆合金用作吸杂合金，以用于从气体中去除杂质诸如H₂O、N₂、CH₄、CO、CO₂、H₂和NMHC(非甲烷烃)等。

与大多数吸附剂一样，当吸杂合金失活时，该吸杂合金不会无限期地保持其吸附活性。吸附剂的失活可以例如由以下因素引起，这样的因素为：老化，即表面晶体结构的改变；抑制(poison，毒化)，即将一物质不可逆地沉积在合金的活性位点上；或变污秽，即将碳质材料沉积在吸附剂表面上。在所有以上杂质中，一旦吸杂合金达到其使用寿命的终点，N₂和CH₄通常是首先将不再被吸杂合金吸附的杂质。

通常，当下游的分析系统受污染而导致气体纯化操作停止时，仅会向使用者告知吸附剂的寿命终止。另外，通过引入过高浓度的杂质而对吸附剂的污染可能会产生损害吸附剂的放热反应，例如通过熔化合金而损害吸附剂，从而在工作环境中造成火灾隐患和受伤风险。

获知整个吸附过程中的杂质浓度可能是具有挑战性的。因此，仍然需要使得能够更好地管理杂质浓度的方法和系统。

发明内容

提供了与通过表面吸附来进行气体纯化相关的方法和系统。本说明书的方法和系统在吸附步骤的上游和/或下游利用因在气体内的放电(或等离子体放电)而发生的光谱发射。

在一个方面，提供了一种用于延长吸附剂的使用寿命的方法。该吸附剂用于通过吸附杂质来纯化气体。该方法包括：

在气体内产生放电以获得代表杂质的浓度C_i的光谱发射；

根据该光谱发射监测杂质的浓度C_i；

通过将杂质的至少一部分转化为与该杂质相比对吸附剂具有更大的亲和力的二次(secondary，次级)杂质来降低杂质的浓度C_i；以及

将C_i与污染浓度C_p进行比较，包括：

当C_iC_p时，允许将杂质吸附到吸附剂上，以获得经纯化的气体；并且

当C_i≥C_p时，阻止杂质吸附到吸附剂上。

在一些实现方式中，允许将杂质吸附到吸附剂上包括使气体与吸附剂接触；并且阻止杂质吸附到吸附剂上包括阻止气体接触吸附剂。

在一些实现方式中，允许将杂质吸附到吸附剂上包括对吸附剂通电；并且阻止杂质吸附到吸附剂上包括切断供应至吸附剂的电力。

在一些实现方式中，如果C_i≥C_p，该方法还包括进一步降低杂质的浓度C_i。