吹掃步驟過程中總的氣體流速 和氙濃度。
[0066] 圖3的圖形顯示了圖la和圖lb所示回收方法的吹掃步驟的濃度分布。
[0067] 圖4的圖形顯示了圖la和圖lb所示回收方法的吹掃步驟的整個(gè)過程中氙的流 速。
[0068] 圖5a是改進(jìn)的回收氙的真空變壓吸附（VSA)方法的一個(gè)實(shí)施方式的示意圖。
[0069] 圖5b是在改進(jìn)的VSA方法循環(huán)的運(yùn)行過程中吸附容器A內(nèi)部預(yù)期氣壓的圖解。
[0070] 圖6是圖5a和圖5b所示的本發(fā)明的改進(jìn)真空變壓吸附方法的一個(gè)實(shí)施方式的流 程圖。
[0071] 圖7是改進(jìn)的真空變壓吸附方法回收氙的另一個(gè)實(shí)施方式的示意圖。
[0072] 圖8是圖7所示的本發(fā)明的改進(jìn)真空變壓吸附方法的另一個(gè)實(shí)施方式的流程圖。
[0073] 發(fā)明詳述
[0074] 本發(fā)明提供了利用基于吸附的方法從氣體混合物如生產(chǎn)廢氣中回收氙的手段。
[0075] 本發(fā)明優(yōu)選的方法是用于從富氮的含氙進(jìn)氣回收氙。進(jìn)氣的來源沒有特別的 限制。在某些實(shí)施方式中，進(jìn)氣是來自半導(dǎo)體相關(guān)制造過程（比如蝕刻或者遠(yuǎn)紫外線 (Extended Ultra-Violet) (EUV)光刻或等離子體增強(qiáng)CVD)的廢氣。在其他的實(shí)施方式中， 進(jìn)氣可來自于商購的來源。在再其他的實(shí)施方式中，進(jìn)氣是麻醉患者呼出的呼吸氣體。
[0076] 進(jìn)氣包含 Xe 和選自 HF、F2、H20、C4F6、02、C0 2、C0F2、XeF2、CFjP SiF 4中至少一種， 其經(jīng)過緩沖罐以從廢氣中吸附4〇、C02和氟化分子中的至少一種，并用\稀釋以提供用于 進(jìn)料到吸附設(shè)備中的進(jìn)氣。
[0077] 進(jìn)氣優(yōu)選為氙稀薄的（0. 1 %到5.0 %的氙，或0.5 %到1.5 %的氙，或1.0 %到 2. 5%的氙）。如果進(jìn)氣（如從進(jìn)氣來源獲得的）中含氮量不足，可以向進(jìn)氣中加入氮。
[0078] 進(jìn)料到吸附容器中的進(jìn)氣具有0°C到100 °C的優(yōu)選的溫度范圍，更優(yōu)選0°C到 50°C，甚至更優(yōu)選10°C到30°C。進(jìn)料至吸附容器中的進(jìn)氣優(yōu)選具有1到2個(gè)大氣壓的壓力 范圍。
[0079]Xe回收率優(yōu)選為至少80 %，或至少85 %，或至少90%。此處所用的措辭"Xe回收 率"定義為由所述方法回收的Xe的量除以進(jìn)料到吸附容器中的Xe的量。Xe回收率可以通 過使用質(zhì)譜分析法或氣相色譜法測定。
[0080] 在本發(fā)明中，Xe的濃縮系數(shù)大于20。規(guī)定Xe的濃縮系數(shù)為回收流中Xe的濃度除 以進(jìn)料流中Xe的濃度。例如，在產(chǎn)物中Xe的最終濃度是進(jìn)氣中Xe的初始濃度的29倍時(shí)， Xe的濃縮系數(shù)是29。Xe的濃縮系數(shù)可以通過質(zhì)譜分析法或氣相色譜法測定。
[0081] 圖la顯示了回收氙的標(biāo)準(zhǔn)真空變壓吸附（VSA)方法。該方法具有四個(gè)步驟：進(jìn) 料、排空、吹掃和再加壓。圖lb說明了在標(biāo)準(zhǔn)VSA方法過程中吸附容器A中保持的氣壓。
[0082] 吸附容器A包含吸附劑。該吸附劑具有至少50mmol/g/atm的吸附容量（亨利定 律常數(shù)）以及小于65的Xe/N 2選擇性。合適的吸附劑包括氧化鋁、沸石、硅膠或活性碳。
[0083] 在進(jìn)料步驟中，打開閥門VI和V2。富氮的含氙進(jìn)氣流經(jīng)線路1到達(dá)吸附容器A。 進(jìn)氣中的氙優(yōu)先地被吸附容器A中包含的吸附劑所吸附，而N 2氣則流過吸附容器A并經(jīng)線 路2排出。容器中的氣壓維持在所需的進(jìn)料壓下。
[0084] 將富氮的含氙進(jìn)氣進(jìn)料到吸附容器A中直到發(fā)生氙穿透；S卩，Xe在經(jīng)線路2出來 的排出隊(duì)中出現(xiàn)。
[0085] 在穿透時(shí)，通過關(guān)閉閥門VI和V2停止流過吸附容器A的富氮的含氙進(jìn)氣，并且開 始排空步驟。
[0086] 在排空步驟中，打開閥門V4和V5,并且利用真空泵VP1將吸附容器A排空到最終 排空壓力（典型地低于-1大氣壓）。在排空過程中，富氙氣體通過線路4、真空泵VP1并隨 后利用壓縮機(jī)C1經(jīng)線路5壓縮進(jìn)收集或產(chǎn)物容器C中。
[0087] 在吹掃步驟中，打開閥門3并且利用經(jīng)線路3的吹掃氣吹掃吸附容器A來解吸氙。 自吸附容器A經(jīng)線路4抽出富氙氣體。吹掃步驟提供富氙氣體，其與來自排空步驟的富氙 氣合并。吹掃步驟在低于大氣壓的吹掃壓力下進(jìn)行并且持續(xù)預(yù)定的一段時(shí)間。吹掃氣通常 是氣。
[0088] 隨后利用壓縮機(jī)C1將來自真空泵VP1的富氙氣體（由來自排空和吹掃步驟的氣 體組成）經(jīng)線路5壓縮進(jìn)收集或產(chǎn)物容器C中。
[0089] 吹掃步驟之后，關(guān)閉閥門V4,打開閥門V3,并且利用N2經(jīng)線路3將吸附容器A再 增壓到進(jìn)料壓力。一旦吸附容器A再增壓，吸附進(jìn)料步驟經(jīng)線路1再次開始，并且重復(fù)上述 過程。
[0090] VSA由至少兩個(gè)相同的吸附容器A和B組成，它們運(yùn)行以使得一個(gè)容器進(jìn)行進(jìn)料步 驟而另一個(gè)進(jìn)行排空、吹掃或再增壓步驟之一。
[0091] 工作實(shí)施例
[0092] 實(shí)施例1 (比較例）
[0093] 通過典型的真空變壓吸附（VSA)方法回收氙
[0094] 圖la中真空泵VP1出口處測量的總的氣體流速和氙濃度如圖2所示。
[0095] 利用質(zhì)量流量計(jì)（MFM)測量氣體流速，同時(shí)利用四極質(zhì)譜儀（QMS)測量Xe濃度。 QMS能夠評估動(dòng)態(tài)的氙和氮?dú)怏w組成，但是該裝置不是特別精確。氙和氮摩爾分?jǐn)?shù)的測量值 具有約10-20 %的不確定范圍。
[0096] 圖la中，在0分鐘時(shí)，通過關(guān)閉閥門VI和V2然后啟動(dòng)真空泵VP1并打開閥門V4 啟動(dòng)排空步驟。在吸附劑容器和空隙空間中包含的N 2被排空時(shí)，瞬時(shí)氣體流速> 180slm。 需要約2到3分鐘以使吸附劑容器A中的壓力從大氣壓降低到< 10托。
[0097] 如圖2所示，在最先的1-2分鐘內(nèi)氣體排出物的組成幾乎完全是N2;S卩，N 2濃度大 于95%并且檢測到很少量的氙。只是在容器A已經(jīng)被排空且氣體流速降低至小于5slm之 后才在真空泵VP1中檢測到了顯著的氙。
[0098] 2分鐘以后，隨著氙從吸附容器A中的吸附劑上解吸，通過QMS檢測到了顯著的氙。
[0099] 一旦容器A的壓力< 3托（在?2分鐘之后），通過打開閥門V4和經(jīng)線路3引入 150sccm的N2啟動(dòng)\吹掃步驟。
[0100] 在吹掃步驟的2-6分鐘時(shí)間內(nèi)，氙的量增加直到其濃度接近100%。解吸的氙稀釋 了隊(duì)吹掃氣以使得N 2濃度降低至< 10% ;S卩，大部分的泵流出物是氙。
[0101] 整個(gè)吹掃步驟的濃度分布如圖3所示。
[0102] 在吹掃步驟的130分鐘時(shí)間內(nèi)，氙濃度從> 90%降低至< 10%。
[0103] 在吹掃步驟中，氙解吸的速率隨著氙從吸附劑中除去而下降。由于氙的流速降低， N2的流速基本保持恒定，所以\濃度隨后增加到> 90%。注意整個(gè)吹掃步驟中Xe和\濃 度的總和是100% (在QMS分析儀的精度限度內(nèi)）。
[0104] 整個(gè)吹掃步驟中，N2的流速（通過線路3和4)是150sccm。稀釋的Xe的流速可 以由圖3中的測量隊(duì)濃度計(jì)算得到。
[0105] 整個(gè)吹掃步驟過程中氣的流速如圖4所示。氣的流速從1400sccm降低至 < 50sccm〇
[0106] 一旦大部分的氙從吸附劑上除去，吹掃步驟結(jié)束且再增壓步驟開始。
[0107] 實(shí)施例2
[0108] 通過改進(jìn)的真空變壓吸附（VSA)方法回收氙
[0109] 從圖2中數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，通過在從容器空隙空間初始排空隊(duì)之后收集Xe，可以 以顯著更高的純度由VSA方法回收Xe。
[0110] 改進(jìn)的真空變壓吸附（VSA)回收方法如圖5a所示。該方法仍然具有四個(gè)步驟：進(jìn) 料、排空、吹掃和再增壓。
[0111] 圖5b說明了在改進(jìn)的VSA回收方法中吸附容器A中維持的氣壓。
[0112] 顯示改進(jìn)的真空變壓吸附（VSA)回收方法詳細(xì)步驟的流程圖如圖7所示。
[0113] 進(jìn)料步驟相對于典型的VSA回收方法沒有改變。
[0114] 然而在排空步驟中，通過真空泵VP1經(jīng)線路4和6將吸附容器A排空到第一低于 大氣壓的壓力P1，在此壓力下氙開始明顯地解吸。排空步驟的這一部分稱作排空步驟的第 一部分。在此步驟中，容器空隙體積中的N 2被排出而不收集在收集或產(chǎn)物容器C中。
[0115] 在排空步驟的第二部分中，床壓繼續(xù)降低至低于所述第一低于大氣壓的壓力P1， 氙開始解吸，關(guān)閉閥門V6并打開閥門V5以收集含Xe氣體。壓縮機(jī)C1經(jīng)線路5壓縮含Xe 氣體混合物到收集或產(chǎn)物容器C中。
[0116] P1的范圍為100到1托，優(yōu)選范圍為50到5托，并且最優(yōu)選范圍為25到5托。
[0117] 一旦吸附容器A中達(dá)到第二低于大氣壓的壓力P2,通過打開閥門V3和使N2流過 吸附容器A、線路4和5并進(jìn)入收集或產(chǎn)物容器C中而啟動(dòng)吹掃步驟。用N 2吹掃吸附容器 A預(yù)定的時(shí)間。在此步驟中，氣壓維持在低于大氣壓的壓力P2。氙從吸附容器A解吸并收 集在收集或產(chǎn)物容器C中。
[0118] P2的范圍為10到0. 001托，優(yōu)選為5到0. 01托，并且最優(yōu)選為3到0. 5托。
[0119