[发明专利]用于净化气体混合物的装置和方法

说明书

本发明涉及用于净化气体混合物的装置，用于从包含氖气的混合物生产浓缩气体尤其是氖气，包括容纳包括依次串联布置的以下单元的低温净化回路的冷箱：至少一个低温吸附净化单元，用于通过在65‑100K温度尤其是65K下的低温吸附来净化混合物；用于将混合物冷却至25‑65K的冷却单元；和用于对混合物进行低温蒸馏以在低温蒸馏单元的出口处生产浓缩液体的低温蒸馏单元，其中冷却单元包括通过热交换器从混合物提取热能的至少一个低温制冷机。本发明还涉及用于净化包含氖气的气体混合物以生产富氖气体的方法。

技术领域

本发明涉及用于净化气体混合物的方法和装置。

本发明特别地涉及净化气体混合物以获得纯的或几乎纯的气体，例如氖气。

本发明更加特别地涉及用于净化气体混合物的装置，以从包含氖的混合物中生产浓缩的气体，尤其是氖气。所述装置包括容纳有低温净化回路的冷箱，所述低温净化回路包括串联布置的以下单元：至少一个低温吸附净化单元，所述至少一个低温吸附净化单元用于通过低温吸附来净化混合物，所述低温吸附在65K与100K之间的温度特别是65K的温度下进行；之后的冷却单元，所述冷却单元用于将所述混合物冷却至25K与65K之间的温度；以及之后的低温蒸馏单元，所述低温蒸馏单元用于对所述混合物进行低温蒸馏以在所述低温蒸馏单元的出口处生产浓缩液体。

背景技术

氖气是在电子器件中广泛使用的稀有气体。

特别是对于这些应用来说，这一气体必须被净化到相当高的纯度水平(在处理结束时杂质需为几ppm的数量级)。

为获得浓缩气体，存在几种净化思路。

然而，已知的方法无法容易地协调纯度、对不纯气体的净化能力(针对过程入口处的各种各样的成分)以及能源性能之间的要求。

已知的用于净化氖气的方法通常使用联接至低温蒸馏装置的低温净化装置。

文献DE102010042247描述了使用氦气闭环(逆布雷顿循环：膜压缩和两个串联的涡轮机)来冷却混合物到26K的温度以及冷凝氖气，以从氦气中重力分离。在下游，净化是使用低温蒸馏来完成的。

根据其它已知的方案，净化是通过压缩和膨胀的依次运行而获得的。对于这种类型的方法，纯度不可能达到ppm的数量级，只能得到百分之一的数量级。事实上，除非使用了(有效的)最终蒸馏塔，否则杂质氦仍然溶解在液态氖中。

发明内容

本发明的一个目标是克服前文描述的在先技术中的一些或全部缺陷。

为了这一目标，根据本发明并且遵从之前存在的通常定义的方法，主要特征在于：用于将混合物冷却至25K-65K之间温度的单元，该单元包括至少一个低温冷却器，所述至少一个低温冷却器通过热交换器从混合物抽取热功率/量。

在低温蒸馏之前使用低温冷却器类型的冷源——被称作“低温制冷机”(cryocooler)——使得极为有效地完善气体的净化成为可能。

事实上，这一冷源是本地的/局部的。“本地的/局部的冷源(Local cold source)”指代的是并非分阶段的/非分级式的制冷系统。冷能在给定的温度下在该系统的一端产生，这不同于制冷循环——制冷循环在不同的对应温度、在多个单独的阶段(不同的端)产生冷能。

可对温度进行精细控制。如果有必要的话，这允许最为接近待冷凝气体的三相点，因此能大幅减少液相杂质。

此外，本发明的实施例可包括以下特征中的一个或多个：

-所述至少一个低温制冷机包括吉福特-麦克马洪型低温制冷机、脉冲气体管、斯特林型低温制冷机、逆巴顿循环型/逆布雷顿循环型型低温制冷机和焦耳-汤姆逊型低温制冷机中的至少一者；