[发明专利]用于从气体混合物去除氨的方法和系统

说明书

描述适用于在环境压力范围内的压力下通过使氨吸附到固体吸附剂上从气体混合物去除气态氨的方法、装置和系统，以及相关的系统和方法。

相关申请的交叉引用

本申请根据35 USC 119要求2019年5月24日申请的美国临时专利申请第62/852,478号的权益，所述申请的公开内容出于所有目的在此以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及适用于在环境压力范围内的压力下通过允许氨吸附到固体吸附剂上从气体混合物去除气态氨的方法、装置和系统。

背景技术

在化学处理(processing)行业中，氨用作各种类型的处理和制造步骤的原料。其作为各种处理的副产物产生且可包含于化学处理的流出或排出气流中。

在半导体制造中，氨为有用的原料或可为处理副产物。在特定实例中，氨与有机金属化合物一起用于制备用作发光装置(LED)的氮化物材料(例如，氮化镓结晶)。工艺的重要和高成本特征为通过外延沉积的活性半导体层的生长，所述外延沉积由金属有机化学蒸气沉积(MOCVD)执行。MOCVD的步骤也与氮源(例如氨)组合而从挥发性金属有机前体(例如三甲基镓)产生金属氮化物化合物(例如氮化铟镓(InGaN))。对这一工艺，在相对缓慢的氮化物结晶生长工艺期间，氨需要处于相对高流动速率。氨气中的即使微量的杂质也可产生并入到所沉积的结晶中的大量非所需原子。为减少杂质，使用氨进行当前最新技术LED，氨通常经受纯化的多个阶段，例如以含有不超过十亿分之一(ppb)的水分或氧气。

遗憾的是，在MOCVD工艺中并未高效使用氨。工艺需要极大体积的高纯度氨作为原料，未反应的大量所述高纯度氨通过处理步骤以变为工艺排出气流的部分。所述排出气流为经过加热的气体混合物，其含有大量氨、例如三甲基镓前体的含金属前体(有机金属蒸气)、例如氢(H₂)和氮(N₂)的非有机金属蒸气和例如有机金属粒子的可能粒子。排出气体混合物将在高温(例如300、400或500摄氏度的温度)下和环境流动压下从MOCVD工艺流动。

理想地，为减少成本和废料，可收集和重复使用这一类型的经过加热的排出气体混合物中所含有的氨。然而，首先必须将氨从气体混合物分离出来，其也可涉及降低废气的温度且从气体混合物去除有机金属蒸气和任何粒子残渣。

包含半导体行业的化学处理行业不断搜寻用于从气体混合物去除氨的新颖和改进的方法。气体混合物可源自任何来源，包含但不限于LED制造工艺的废气。

特别考虑常见LED制造工艺，其依赖于高体积氨(以及氢和氮)的使用，氨为相对昂贵的气体且具有相对高的处置(disposal)成本。因此，来自LED反应器的废气的氨的回收利用将具有多个好处。就使用氨来说，LED制造工艺效率低下，且仅使用添加到工艺中的氨的一小部分。进入工艺中的氨的一大部分流经到排出气流。当前，氨的处置通过将排出气流的氨溶解到水中以形成氢氧化铵或使用稀释酸性水溶液执行氨的基本中和来执行。随后，将任一方法的所得溶液冲洗到下水道系统中。通常按加仑计向顾客收取处置费用。视LED照明为绿色技术。出于这些一般和特定的原因，与氨处置的当前实施方法相比，用于处置(handling)LED制造的废料流中的氨的优选工艺将为所希望的改进。

发明内容

本发明涉及适用于在环境压力范围内的压力下通过允许氨吸附到固体吸附剂上从气体混合物去除气态氨的方法、装置和系统。

气体混合物可为在商业工艺中使用的任何气体混合物且可包含与非氨蒸气、粒子残渣(例如包含微粒子、亚微米粒子、纳米粒子等的悬浮微粒子的材料)或两者组合的氨。气体混合物可源于或设计用于商业化学工艺。