] 一旦吹掃步驟完成，關(guān)閉閥門V4和V5并通過使氮經(jīng)線路3流進(jìn)吸附容器A中啟 動再增壓步驟。
[0120] 一旦容器A再增壓，通過關(guān)閉閥門V3并打開閥門VI和V2重新開始進(jìn)料步驟。
[0121] 用QMS測量容器C中收集的氣體混合物的組成：Xe(29% )，N2(68% )。氙的濃度 比在實(shí)施例1中容器空隙中包含的N2被收集而非排出時(shí)高2. 5倍。
[0122] 更高氙濃度的好處是在氙回收過程中收集的氣體的總體積相應(yīng)地減小。此外，由 于峰值氣體流速降低，可以使用更小的壓縮機(jī)C1。
[0123] 我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)氙僅僅在排空步驟的第二部分過程中才明顯地解吸。在排空步驟的 第一部分過程中（例如，從1個(gè)大氣壓到< 100托），幾乎沒有Xe解吸。在這一時(shí)間收集的 氣體基本上由氮組成且僅僅是稀釋在收集或產(chǎn)物容器C中的回收Xe。通過只在吸附容器A 已經(jīng)被排空到第一低于大氣壓的壓力（例如，?100-1托）之后收集回收的氣體混合物，回 收的氙不會被吸附劑容器和空隙空間中包含的N 2稀釋，并且同時(shí)幾乎沒有氙損失。通過在 排空步驟的第一部分過程中簡單地排出流出氣可以提高回收的Xe的濃度。
[0124] 改進(jìn)的VSA包括至少兩個(gè)相同的吸附容器A和B，它們的運(yùn)行使得一個(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。
[0125] 實(shí)施例3
[0126] 通過具有再循環(huán)的改進(jìn)真空變壓吸附（VSA)方法回收氙
[0127] VSA回收方法的進(jìn)一步改進(jìn)如圖7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。
[0128] 改進(jìn)的真空變壓吸附（VSA)回收方法的詳細(xì)步驟的流程圖如圖8所示。
[0129] 圖5b中顯示的壓力變化情況也適用于這一情況。
[0130] 通過將新鮮的含Xe進(jìn)氣與下面步驟中產(chǎn)生的再循環(huán)氣體混合進(jìn)行進(jìn)料步驟。組 合的進(jìn)氣進(jìn)料到VSA回收過程中直到發(fā)生Xe穿透。在穿透時(shí)，通過關(guān)閉閥門VI和V2停止 流過吸附容器A的組合進(jìn)氣，并且開始排空步驟。
[0131] 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。這稱作排空步驟的第一部分。第一低于大氣壓的壓力P1可以是氙開始明顯 解吸的壓力；或可以是顯著量的氙解吸的較低壓力。在此步驟中由真空泵排出的氣體通過 閥門V6并再循環(huán)到進(jìn)料流中。
[0132] 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。
[0133] 在排空步驟的第二部分過程中，顯著量的氙開始解吸，關(guān)閉閥門V6并打開閥門V5 以收集含氙氣體。壓縮機(jī)C1經(jīng)線路5壓縮含Xe氣體混合物進(jìn)入收集或產(chǎn)物容器C中。
[0134] 一旦吸附容器A中已經(jīng)達(dá)到第二低于大氣壓的壓力P2,通過打開閥門V3并且使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中啟動吹掃步驟。
[0135] P2的范圍為10到0. 001托，優(yōu)選范圍為5到0. 01托，并且最優(yōu)選范圍為3到0. 5 托。
[0136] 第一個(gè)低于大氣壓的壓力P1必須等于或大于開始吹掃步驟的第二低于大氣壓的 壓力P2。
[0137] 用氮吹掃吸附容器A，氙從吸附容器A中解吸并收集在收集或產(chǎn)物容器C中。
[0138] 一旦吹掃步驟完成，關(guān)閉閥門V4和V5并且通過使N2經(jīng)線路3流入吸附容器A中 啟動再增壓步驟。
[0139] 一旦容器A被再增壓，通過關(guān)閉閥門V3并打開閥門VI和V2重新開始進(jìn)料步驟。
[0140] 改進(jìn)的VSA包括至少兩個(gè)相同的吸附容器A和B，它們的運(yùn)行使得一個(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。
[0141] 可以使用容器有效捕獲來自排空步驟的再循環(huán)氣體并將其與新鮮進(jìn)氣混合。所述 容器可以是恒容變壓系統(tǒng)或恒壓變?nèi)菹到y(tǒng)。
[0142] 模擬實(shí)施例
[0143] 在下一組實(shí)施例中，用我們的內(nèi)吸附過程建模軟件進(jìn)行模擬以評價(jià)各種VSA過程 循環(huán)的性能。該軟件有效地解析了在用于給定循環(huán)的各個(gè)步驟（例如，進(jìn)料、排空、吹掃、再 增壓）中固定床吸附器的動態(tài)質(zhì)量、動量和能量平衡方程。通過模擬同一循環(huán)的多次重復(fù) 得到循環(huán)的穩(wěn)態(tài)條件-在循環(huán)穩(wěn)態(tài)下床中的動態(tài)壓力、組成、流量和溫度分布與后續(xù)的循 環(huán)相同。此時(shí)，可以通過分析來自吸附器的進(jìn)口和排出氣流來評價(jià)過程性能。
[0144] 在這些實(shí)施例中我們確定了 Xe回收率（回收氣體中的Xe除以原進(jìn)料氣中的Xe) 和回收氣體中Xe的平均純度。在所有的情況中都考慮的是兩床VSA。各床是直徑10英寸， 長度46英寸，并且用活性炭（Calgon AP245)填充。原進(jìn)料氣由在68F，1. 2個(gè)大氣壓下N2 中1600ppm的Xe組成。在進(jìn)料步驟中調(diào)節(jié)流到容器的進(jìn)料流以使僅5ppm的Xe穿透容器。 容器中的壓力在進(jìn)料過程中維持在latm并且在吹掃步驟中維持在2托（0. 0025atm)。
[0145] 實(shí)施例4?兩床VSA(比較例）
[0146] 在該情況中，過程循環(huán)包括進(jìn)料、41s的排空第一部分（EVAC1)至床壓為25托、另 外54s的排空第二部分（EVAC2)至床壓為2托、2slpm的隊(duì)和床壓為2托的1800s吹掃以 及最后用N 2的再增壓至latm。來自EVAC1、EVAC2和吹掃步驟的氣體作為產(chǎn)物，而所有其他 流被拋棄為廢物。
[0147] 結(jié)果在表1中。現(xiàn)有技術(shù)的VSA系統(tǒng)可以回收進(jìn)氣中99. 7%的Xe，但是具有很低 的純度2. 4%。濃縮系數(shù)是2. 4/0. 16 = 15。
[0148] 表1?模擬結(jié)果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于從含Xe的進(jìn)氣中回收氙的氙回收設(shè)備，所述設(shè)備包括： 包含具有Xe/N2選擇性比小于65的吸附劑的吸附容器； 適用于排空該吸附容器的泵； 適用于壓縮富氙氣體的壓縮機(jī)； 用于容納壓縮的富氙氣體的產(chǎn)物容器；和 將從所述吸附容器排出的第一部分氣體收集到吸附容器中的收集系統(tǒng)。
2. 權(quán)利要求1的氙回收設(shè)備，其中所述吸附容器配置為接收包含初始濃度大于50%的 氮和初始濃度至少〇. 05 %，優(yōu)選0. 1 %到0. 5 %的氙的含Xe進(jìn)氣進(jìn)料；和其中所述泵配置 為通過將壓力從大氣壓減到低于大氣壓來排空吸附容器，其中排空包括兩個(gè)部分：（1)排 空第一部分氣體，以及（2)當(dāng)所述低于大氣壓的壓力達(dá)到Pl時(shí)回收第一富氙氣體，和其中 當(dāng)所述低于大氣壓的壓力達(dá)到P2時(shí)吹掃吸附容器以回收第二富氙氣體，其中吹掃維持在 低于大氣壓的壓力P2下，其中Pl等于或大于P2。
3. 權(quán)利要求2的氙回收設(shè)備，進(jìn)一步包括用于合并所述第一富氙氣體和第二富氙氣體 以提供包含最終氙濃度為初始氙濃度至少20倍的氙的產(chǎn)物氣體。
4. 權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的氙回收設(shè)備，其中所述含Xe的進(jìn)氣包括半導(dǎo)體相關(guān)制造方 法的廢氣。
5. 權(quán)利要求4的氙回收設(shè)備，其中所述廢氣包含Xe和選自HF、F 2、H20、C4F6、02、C0 2、 COF2、XeF2、CF4和SiF 4中至少一種，其通過緩沖罐以從所述廢氣中吸附H 20、CO2和氟化分子 中的至少一種，并用氮稀釋以提供用于進(jìn)料到吸附設(shè)備中的進(jìn)氣。
6. 權(quán)利要求2-5中任一項(xiàng)的氙回收設(shè)備，其中Pl為100到1托，和P2為10到0. 001 托，優(yōu)選地Pl為50到5托，和P2為5到0. 01托，并且更優(yōu)選地Pl為25到5托，和P2為 3到0.5托。
7. 權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的氙回收設(shè)備，其中所述吸附劑包含選自包含氧化鋁、沸石、 硅膠和活性碳中的至少一種。
8. 權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的氙回收設(shè)備，其中所述吸附劑基本上由具有0. 5到3. 0_ 直徑的顆粒組成。
9. 權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)的氙回收設(shè)備，其為包括至少一個(gè)吸附容器的真空變壓吸附 設(shè)備。
10. 權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)的氙回收設(shè)備，其中所述第一部分氣體排出或再循環(huán)到進(jìn) 料步驟中。
11. 權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)的氙回收設(shè)備，其中所述收集系統(tǒng)選自排出第一部分氣體 的排出系統(tǒng)和將第一部分氣體進(jìn)料到吸附容器的進(jìn)料系統(tǒng)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了用于氙回收的真空變壓吸附(VSA)方法的改進(jìn)。通過只是在從吸附劑容器和空隙空間中初始排空N2之后收集回收的氣體混合物，回收的氙不會被吸附劑容器和空隙空間中包含的N2稀釋?；厥盏碾臐舛瓤梢蕴岣?高純度)，同時(shí)幾乎沒有氙損失。在N2初始排空過程中，容器已經(jīng)被排空到低于1大氣壓的壓力，例如：從100到1托。
【IPC分類】C01B23-00
【公開號】CN104591107
【申請?zhí)枴緾N201410773660
【發(fā)明人】A·D·約翰森, R·V·佩爾斯, T·S·法里斯, T·C·戈登, M·J·伯斯科, E·J·小卡瓦基, D·C·文徹斯特, J·R·哈夫頓
【申請人】氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2011年9月30日
【公告號】CN102530895A, CN102530895B, EP2436646A1, US8535414, US20120079939