专利名称：在腐蚀性气体净化时除去水蒸汽的吸附剂及其活化方法
技术领域：
本发明总体上涉及气体净化领域。更具体地，本发明涉及高度净化的腐蚀性气体的制备。
背景技术：
许多腐蚀性气体的高度净化形式的应用令人感兴趣。例如，高度净化的氯(Cl2)适用于半导体和纤维光学元件的制造。而且，溴化氢(HBr)和氯化氢(HCl)的高度净化形式适用于其它应用。
商品级的氯(纯度不超过约99.0％)最通常由NaCl的水相电解制备，该水相电解产生了被水蒸汽、NaOH和NaCl饱和的Cl2。商品级氯中存在的其它杂质包括空气、CO2、氯化烃、COCl2和HCl。这些杂质以1.0％或更高的含量存在。
在用氯作为蚀刻气体的半导体制造方法中，5～10ppm体积的水蒸汽存在将使亚微米集成电路的性能退化。在利用氯从熔融二氧化硅中除去含氢杂质的纤维光学元件制造方法中，氯中存在的杂质将使由该熔融二氧化硅形成的纤维的光传输性能退化。
已经报导了许多用于获得更高纯度的技术，包括蒸馏(Rosenblads，GB1,157,238)，压缩液化/汽化(Payer等人，DE2,926,591)，有机溶剂萃取(Balko等人，US4,230,673)，利用沸石、硅胶、氯化碳的吸附(Frevel等人，US3,522,007；Takaishi，JP52065194；Ueno等人，JP58-208104；Ukihashi，JP55-020201；和Fraenkel等人，US6,110,258)，膜分离(Hagg，Sep.Purif.Technol.，21261～278(Jan 2001))和电化学还原/氧化(Sarangapani等人，US6,203,692)。这些技术中的每一种都有不足，使得难以从包括上述技术的方法中快速、有效或方便地制备高度净化的气体。
例如，蒸馏制备高度净化气体要求时间、装置和公共设备方面的大投资。压缩液化/汽化通常包括机械压缩，这将导致金属和颗粒物的高度污染，以及由氯或其它腐蚀性气体引起的机械压缩泵腐蚀。有机溶剂萃取引起溶剂污染，必须在下游除去该污染；而且，基于环境或健康的原因，很多有机溶剂如CCl4是不希望使用的。吸附剂能将特定杂质除至亚ppm的程度，但并非所有杂质都可被吸附。膜分离本身对除去痕量杂质而言不现实。电化学捕获和释放氯对净化高浓度氯而言不实际，而且趋向于由电解产品导致污染。
已经显示，通过液化粗氯的受控蒸发能减少金属杂质的含量(Borzio等人，US6,004,433)。但是，受控蒸发趋向于使轻质、挥发性的杂质更浓缩在蒸汽中。为了从蒸汽中除去挥发性杂质，必须考虑固体吸附剂，例如所谓的“耐酸”分子筛、MgClO4、硅胶和P2O5。但是，这些吸附剂有许多缺陷，例如，MgClO4在接触有机溶剂时变为爆炸性；硅胶的去湿效率有限；P2O5在与水反应时将引起工业安全问题。
因此，没有一种已知的净化技术能短交付周期、高效率且低污染地提供高纯度腐蚀性气体。
发明内容
在一个实施方案中，本发明涉及一种用于从含气体以及金属、颗粒物、水蒸汽或挥发性杂质中一种或多种的粗液体制备高度净化气体的方法，包括蒸发该粗液体，以产生(i)含所述气体的第一蒸汽流和(ii)含所述气体的第一液体流；从第一蒸汽流中除去水蒸汽、颗粒物或二者，以产生含所述气体的第二蒸汽流；冷凝第二蒸汽流，以产生含所述气体的第二液体流；和用一种惰性气体鼓泡(sparge)第二液体流，以产生(i)含所述气体的第三蒸汽流和(ii)含高度净化气体的第三液体流。
在另一个实施方式中，本发明涉及一种高度净化气体，其从含该气体以及金属、颗粒物、水蒸汽或挥发性杂质中的一种或多种的粗液体制备，制备方法包括蒸发该粗液体，以产生(i)含该气体的第一蒸汽流和(ii)含该气体的第一液体流；从第一蒸汽流中除去水蒸汽、颗粒物或二者，以产生含该气体的第二蒸汽流；冷凝第二蒸汽流，以产生含该气体的第二液体流；和用一种惰性气体鼓泡第二液体流，以产生(i)含该气体的第三蒸汽流和(ii)含高度净化气体的第三液体流。
在另一个实施方式中，本发明涉及一种气体净化系统，包括进料导管，用于将第一液体流输送至蒸发区的至少一个入口；蒸发区，其中该蒸发区包括至少一个入口和至少一个出口；第一导管，用于将第一蒸汽流从蒸发区的至少一个出口输送至处理区的至少一个入口；处理区，其中该处理区包括至少一个入口和至少一个出口；第二导管，用于将第二蒸汽流从处理区的至少一个出口输送到第一冷凝区的至少一个入口；第一冷凝区，其中该第一冷凝区包括至少一个入口和至少一个出口；第三导管，用于将第二液体流从冷凝区的至少一个出口输送到鼓泡区的至少一个入口；和鼓泡区，其中该鼓泡区包括至少一个入口、至少一个蒸汽出口和至少一个液体出口。
用于气体净化的系统和方法的益处包括更高的操作效率、更安全的处理和向环境的更低排放。可在该系统或方法的一个或多个实施方式中发现这些益处、其它益处或二者中的一个或多个。
在一个实施方式中，本发明涉及一种处理吸附剂的方法，包括在干燥氮气下在第一温度第一次加热该吸附剂；和在含Cl2、Br2、F2、HCl、HF或HBr的气体下在第二温度第二次加热该吸附剂，其中第二温度低于第一温度，且大于100℃。
在另一个实施方式中，本发明涉及一种吸附剂，其由上述处理吸附剂的方法制备。
处理吸附剂的方法和由该方法制备的吸附剂的益处包括气体净化系统或方法中的优异水蒸汽去除。可在该系统和吸附剂的一个或多个实施方式中发现这些益处、其它益处或二者中的一个或多个。
下面的附图构成本说明书的一部分，而且用来进一步图示说明本发明的某些方面。通过参考这些附图中的一幅或多幅，并结合此处所提供的具体实施方式
的详细描述，将能更好地理解本发明。
图1提供了用于从含气体以及金属、颗粒物、水蒸汽或挥发性杂质中一种或多种的粗液体制备高度净化气体的方法的实施方式的流程图。
图2A和2B提供了图1所示方法实施方式的去除步骤的两个不同图3提供了图1所示方法实施方式的附加洗涤步骤和附加冷凝步骤的一个实施方式的流程图。
图4提供了处理吸附剂的方法一个实施方式的流程图。
图5提供了处理吸附剂的方法另一个实施方式的流程图。
图6表示用于气体净化的系统一个实施方式的概略图。
图7A和7B提供了图6所示系统实施方式的处理区的两个不同实施方式的概略图。
图8表示在用于气体净化的系统实施方式中的洗涤区和第二冷凝区的一个实施方式的概略图。
具体实施例方式
下面描述本发明的示例性实施方式。为清楚起见，实际实施时的全部特征并非都描述在本说明书中。当然应当理解，在任何此类的实际实施方式中，都必须进行各种实现-具体决策以获得开发者的具体目标，例如遵从因具体实施而异的、与系统有关和与商业有关的限制。此外，应当理解，这样的开发努力可能复杂而耗时，但既便如此，对已得益于本揭示的本领域技术人员而言，它们仍是常规的。
如此处所用，术语“气体”是指在室温和1atm压力下为蒸汽相的化合物。如本领域技术人员所显而易见的，这样的化合物可为液相或固相，这取决于温度和压力。即使该化合物为液相或固相形式，此处它仍被称为“气体”。如此处所用，术语“蒸汽”是指在本文采用该术语“蒸汽”时的特定温度和特定压力下为蒸汽相的一种化合物或多种化合物的混合物。换言之，一种气体可以是、但并非必须是一种蒸汽；而且，在特定条件组合下的蒸汽并非必须是一种气体，或者含有一种气体。
在一个实施方式中，本发明涉及一种用于从含气体以及金属、颗粒物、水蒸汽或挥发性杂质中一种或多种的粗液体制备高度净化气体的方法，包括蒸发该粗液体，以产生(i)含该气体的第一蒸汽流和(ii)含该气体的第一液体流；从第一蒸汽流中除去水蒸汽、颗粒物或二者，以产生含该气体的第二蒸汽流；冷凝第二蒸汽流，以产生含该气体的第二液体流；和用一种惰性气体鼓泡第二液体流，以产生(i)含该气体的第三蒸汽流和(ii)含高度净化气体的第三液体流。
如此处所用，“高度净化”气体或“高度净化”是指一种状态，该状态中，金属、颗粒物、水蒸汽或一种或多种挥发性杂质中的一种或多种业已从该气体中除去。“除去”意味着该金属、颗粒物、水蒸汽或一种或多种挥发性杂质的浓度已被降低，但并非必须为零。金属、颗粒物、水蒸汽或一种或多种挥发性杂质被降低后的浓度将取决于净化气体最终使用者的要求。在一个实施方式中，金属的浓度被降至约10ppb或更低。在一个实施方式中，颗粒物的浓度被降至约10颗粒物/cc或更低。在一个实施方式中，水蒸汽的浓度被降至约10ppm或更低。在一个实施方式中，挥发性化合物的浓度被降至约10ppm或更低。
根据气体和高度净化气体的计划最终用途，金属、颗粒物、水蒸汽或一种或多种挥发性杂质中的一种或多种可存在于高度净化气体中，而气体仍保持其被高度净化的性能。在一个实施方式中，氮气(N2)以高达高度净化气体约1％的量存在。(除非另有指明，此处表述的所有百分比均为相对于组合物总重量的质量百分比。除非另有指明，此处表述的所有百万分率(ppm)和十亿分率(ppb)值都是相对于组合物总体积的体积分率。在金属的上下文中，ppb是相对于组合物总质量的质量分率。)该方法能用于净化任何气体。在一个实施方式中，气体包括Cl2、Br2、F2、HCl、HF或HBr。在另一个实施方式中，气体包括Cl2。
该方法一个实施方式的流程图示于图1中。具体地，方法100包括如下步骤。
在蒸发步骤110中，粗液体被蒸发。“粗液体”是含待净化气体以及可能存在的任何杂质的组合物，其中该组合物保持在使其基本上为液体的温度、压力和其它参数下。“已蒸发”是指气体从粗液体中的液相到达在粗液体所存在的罐或容器(此处为“粗罐”)顶部空间内的蒸汽相中。该粗液体102可通过本领域技术人员已知的任何技术加入粗罐中。“顶部空间”的标准含义是在容器内所存在任何液体的液面以上的空间。可通过将热量、减压或本领域技术人员已知的其它适当技术应用在粗液体上，从而实现蒸发。热、减压等之中一种或多种蒸发气体的速率将取决于热、减压之类的量，还取决于粗罐的尺寸和几何形状，相关的传质管线、阀，以及它们中的两种或更多种；冷凝步骤130的温度(下面描述)；系统的整体几何学；以及，本领域技术人员显而易见的其它参数。
在一个实施方式中，蒸发速率被保持得尽量低，以致于气溶胶(即小液滴)基本上不形成，也不因蒸汽相产生。在这一实施方式中，如果存在金属的话，则粗液体中存在的基本上全部的金属将留在粗液体中。本文中，“基本上全部”是指蒸汽相存在的金属浓度小于约10ppb。金属趋向于作为包括气溶胶液滴的颗粒核在内的颗粒物存在于蒸汽相中。
如果粗液体中存在水蒸汽，典型地，至少一部分水蒸汽将在蒸发步骤期间进入蒸汽相中。如果粗液体中存在一种或多种挥发性杂质，典型地，至少一部分的至少一种挥发性杂质也将在蒸发步骤期间进入蒸汽相中。如此处所用，“挥发性杂质”是指除了希望进行高度净化的气体和水之外的任何化合物，其中该化合物等分试样的至少一部分在室温和环境压力下为蒸汽相。示例性的挥发性杂质包括但不限于O2、N2、CO2、空气的其它组分、CO和HCl，以及其它。在一个实施方式中被认为是挥发性杂质的化合物可能在另一个实施方式中是希望高度净化的气体。
蒸发步骤110产生了含该气体的第一蒸汽流112。第一蒸汽流还可含有水蒸汽、一种或多种挥发性杂质或上述二者。而且，第一蒸汽流可含有颗粒物。剩余的粗液体可称为第一液体流114，其含有在液相中的该气体。如果粗液体中存在金属，则多数金属将留在第一液体流中。如果粗液体中存在水蒸汽、一种或多种挥发性杂质或二者，则一部分水蒸汽、一种或多种挥发性杂质或二者将留在第一液体流中。
方法流程图100示出第一液体流114被循环回到粗液体102中。这一循环是想象的(notional)，因为蒸发步骤110可以是连续的，即，在蒸发步骤110的第二时间增量期间，由蒸发步骤110在第一时间增量期间产生的第一液体流114通常留在粗罐内，并被认为是用于第二时间增量的粗液体102。
蒸发步骤110产生的第一蒸汽流112可随后历经去除步骤200。在去除步骤200中，水蒸汽、颗粒物或二者从第一蒸汽流中去除，产生含该气体的第二蒸汽流。
参见图2A和2B，它们图解示出了去除步骤200的两个实施方式。去除步骤200可包括一个接触子步骤210，在该子步骤210中第一蒸汽流接触一种吸附剂，以从第一蒸汽流除去水蒸汽；和一个过滤子步骤220，在该子步骤220中第一蒸汽流被过滤，以除去颗粒物。在图2A和2B中，从一个子步骤输送到另一个子步骤的蒸汽流被标号为蒸汽流212。
在接触子步骤210中，第一蒸汽流接触一种吸附剂，以从第一蒸汽流除去水蒸汽。能从蒸汽流中除去水蒸汽的吸附剂为本领域公知。在一个实施方式中，吸附剂是二氧化硅-氧化铝吸附剂。示例性的商业可获得二氧化硅-氧化铝吸附剂包括商品名AW-300和AW-500(UOPLLC，Des Plaines，IL)，和其它。在另一个实施方式中，吸附剂是氧化铝吸附剂。在一个进一步的实施方式中，吸附剂是活性碳吸附剂。
在一个实施方式中，当待净化气体为Cl2、Br2、HCl或HBr时，吸附剂可为二氧化硅-氧化铝吸附剂。在另一个实施方式中，当待净化气体为F2或HF时，吸附剂可为氧化铝吸附剂或活性碳吸附剂。
在一个实施方式中，吸附剂由下述的方法400制备。根据该方法制备的吸附剂能从第一蒸汽流112中将水蒸汽去除到少于约5ppm。在一个实施方式中，根据该方法制备的吸附剂能从第一蒸汽流112中将水蒸汽去除到少于约1ppm。
接触步骤210可在本领域技术人员根据本说明书而常规推知的任何适当温度、压力和其它参数下进行。
在一个实施方式中，如果在去除步骤200之前，第一蒸汽流112含有少于约1ppm的水蒸汽，则免除接触子步骤210。可选地，在这一实施方式中，可进行接触子步骤210，而几乎不会损害制备高净化气体的质量或方便性、吸附剂的维护、以及受益于本公开内容的本领域技术人员所显而易见的任何其它参数。
在过滤子步骤220中，第一蒸汽流被过滤，以除去颗粒物。过滤可通过过滤器进行，该过滤器含有已知适用于过滤器制造的一种或多种材料。示例性的材料包括但不限于四氟乙烯(PTFE，商业获得为Teflon，DuPont，Wilmington，DE)、陶瓷、烧结金属，以及其它。在一个实施方式中，过滤器含有PTFE。
过滤器的孔尺寸可为小于颗粒物中至少一部分颗粒物的直径的任何尺寸。在一个实施方式中，过滤器的孔尺寸为约0.5微米(即，预期直径大于约0.5微米的颗粒物被过滤子步骤220除去)。在另一个实施方式中，过滤器的孔尺寸为约0.03微米。
过滤步骤220可在本领域技术人员根据本说明书而常规推知的任何适当温度、压力和其它参数下进行。
在一个实施方式中，如果在去除步骤200之前，第一蒸汽流112含有少于约3颗粒物/毫升，可免除过滤子步骤220。可选地，在这一实施方式中，可以进行过滤子步骤220，而几乎不会损害制备高净化气体的质量或方便性、过滤器的维护、以及受益于本公开内容的本领域技术人员所显而易见的任何其它参数。
如图2A和2B所示，接触子步骤210和过滤子步骤220的顺序可互换。
除去步骤200产生第二蒸汽流122。第二蒸汽流122含该气体。如果挥发性杂质存在于粗液体102中，而且在蒸发步骤110期间进入蒸汽相中，则第二蒸汽流122还含一种或多种挥发性杂质。而且，第二蒸汽流122可能含有未被接触子步骤210除去的水蒸汽。此外，第二蒸汽流122可能含有未被过滤子步骤220除去的颗粒物。在一个实施方式中，第二蒸汽流122含有少于约5ppm的水蒸汽。在另一个实施方式中，第二蒸汽流122含有少于约1ppm的水蒸汽。在一个实施方式中，第二蒸汽流122含有少于颗粒物检测限的颗粒物。典型地，第二蒸汽流122含有气体和一种或多种挥发性杂质。
第二蒸汽流122可经历冷凝步骤130。
冷凝步骤130包括冷凝第二蒸汽流122。在冷凝步骤130中，第二蒸汽流122被冷凝为液相。冷凝步骤130的进行可通过降低第二蒸汽流122的温度、增加第二蒸汽流122的压力、或降温与增压相结合，以及其它本领域技术人员已知的技术。在一个实施方式中，第二蒸汽流122的温度被降至气体冷凝点之上约20°F～约40°F。
冷凝步骤130产生含该气体的第二液体流132。第二液体流132含有一种或多种挥发性杂质。而且，第二液体流132可含有未被接触子步骤210除去的水蒸汽。此外，第二液体流132可含有未被过滤子步骤220除去的颗粒物。典型地，第二液体流132含有气体和一种或多种挥发性杂质。
第二液体流132可经历鼓泡步骤140。
在鼓泡步骤140中，用一种惰性气体鼓泡第二液体流132，以从第二液体流132中除去至少一部分的该一种或多种挥发性杂质。如此处所用，“惰性气体”是在1atm压力和室温下为蒸汽相，而且基本上不与希望被净化的气体反应的化合物。在一个实施方式中，惰性气体可以是除氡之外的稀有气体(即氦、氖、氩、氪、氙)，或是除氡之外的此类稀有气体的混合物。术语“稀有气体”是指周期表VIII族的化合物。在另一个实施方式中，惰性气体可以是氦。在一个实施方式中，惰性气体可以是氮。如果理想的高度净化与大于零的氮气含量兼容，则氮适于用作惰性气体。
在一个实施方式中，鼓泡步骤140用氮气作为步骤开始部分的惰性气体，用氦作为步骤结束部分的惰性气体。
鼓泡步骤140可在本领域技术人员根据本说明书而常规推知的任何适当温度、压力和其它参数下进行。在一个实施方式中，在鼓泡步骤140期间，第二液体流132的温度保持在气体冷凝点之上约20°F～约40°F的温度。在另一个实施方式中，在鼓泡步骤140期间，第二液体流132的温度保持在气体冷凝点之上约70°F～约150°F的温度。
在一个实施方式中，惰性气体被输入鼓泡步骤140时的压力可为约300psig～约700psig。
鼓泡步骤140中，惰性气体被强迫通过第二液体流132。如果第二液体流132中存在一种或多种挥发性杂质，则它们可被惰性气体带出第二液体流132。此外，该气体的一部分可被惰性气体带出第二液体流132。继续鼓泡步骤140，直到一种或多种挥发性杂质的含量被降至理想程度。在一个实施方式中，一种或多种挥发性杂质的含量被降到少于约5ppm。
如果第二蒸汽流132不含一种或多种挥发性化合物，则可免去鼓泡步骤140。可选地，在这一实施方式中，可以进行鼓泡步骤140，而几乎不会损害制备高净化气体的质量或方便性、鼓泡设备的维护、以及受益于本公开内容的本领域技术人员所显而易见的任何其它参数。
鼓泡步骤140产生第三蒸汽流142，其含有惰性气体和一种或多种挥发性杂质(如果其中任一种曾存在于第二液体流132中的话)。在一个实施方式中，第三蒸汽流142可含有至少一部分的该气体。在第二液体流132鼓泡之后留下的残余液体可称作第三液体流144。该第三液体流144含高度净化气体。
第三液体流144可排出，并在收集步骤150内收集。在一个实施方式中，第三蒸汽流142可直接从系统除去。在另一个实施方式中，第三蒸汽流142可进一步被步骤300处理。
在一个实施方式中，该进一步处理步骤300可如图3所示。
在进一步处理步骤300的一个实施方式中，第三蒸汽流142可经历一个冷凝步骤310，以冷凝液体，同时保持惰性气体和一种或多种挥发性杂质为蒸汽相。冷凝步骤310可在于前述冷凝步骤130相同的温度、压力和其它参数下进行；但是，也可用其它温度、压力和其它参数。在一个实施方式中，冷凝步骤310的温实施度为气体冷凝点之上约20°F。在一个实施方式中，冷凝步骤310的实施压力为大约鼓泡步骤140实施时的压力。
冷凝步骤310中，气体可被冷凝，而且惰性气体和一种或多种挥发性杂质(如果存在杂质)中的多数(如果不是全部)可保持为未冷凝，即，留在蒸汽相中。冷凝步骤310因此能产生(i)含惰性气体的第四蒸汽流314，和(ii)含该气体的第五液体流312。
第四蒸汽流314含有惰性气体。第四蒸汽流314还可能还有至少一部分的一种或多种挥发性杂质(如果存在的话)，该杂质曾存在于第三蒸汽流142中。而且，第四蒸汽流314可能含该气体。通常，只有少量该气体存在于第四蒸汽流314中。
第四蒸汽流314可直接从系统中排除。可选地，在一个实施方式中，第四蒸汽流314经历一个洗涤步骤320。在洗涤步骤320中，第四蒸汽流314中存在的气体主要部分可被选择性去除。在一个实施方式中，该选择性去除包括使第四蒸汽流314接触一种液体，(a)在该液体中，气体比惰性气体、一种或多种挥发性杂质(如果存在)或二者更高度可溶，(b)在该液体中，气体有比惰性气体、一种或多种挥发性杂质(如果存在)或二者更高的反应性，或(c)两种情况兼具。对受益于本公开内容的本领域普通技术人员而言，用来从第四蒸汽流314中选择性除去气体主要部分的可选技术显而易见。洗涤步骤320产生第五蒸汽流322。第五蒸汽流322含有惰性气体。第五蒸汽流322还含有一种或多种挥发性杂质(如果存在杂质的话)。在一个实施方式中，第五蒸汽流322含有少于10ppm的该气体。然后第五蒸汽流322从系统除去，并交付本领域普通技术人员已知的任何已知、适当或需要的技术。
第四液体流312含有该气体。第四液体流312还可能含有一部分的惰性气体。在一个实施方式中，第四液体流312含有少于约10ppm的惰性气体。第四液体流312还可含有一部分的一种或多种挥发性杂质(如果存在的话)，该杂质曾存在于第三蒸汽流142中。在一个实施方式中，第四液体流312含有少于约5ppm的挥发性杂质。在另一个实施方式中，第四液体流312含有少于约1ppm的挥发性杂质。
第四液体流312可随后循环回到鼓泡步骤140中，在那里与第二液体流132混合，或者以其它方式历经鼓泡。
如上述，第三液体流144含有高度净化气体。如所述，该气体可在收集步骤150中脱去，并直接使用或者贮存起来以备将来处理或使用。
在另一个实施方式中，本发明涉及一种高度净化的气体，该气体由含有气体以及金属、颗粒物、水蒸汽或挥发性杂质中的一种或多种的粗液体，经上述方法制备。在一个实施方式中，该高度净化气体含Cl2、Br2、F2、HCl、HF或HBr。在另一个实施方式中，该高度净化气体含Cl2。
在一个实施方式中，该高度净化气体含少于约1ppb的金属；少于约1ppm的水蒸汽；少于约1ppm的挥发性杂质；和少于约1ppm的惰性气体。高度净化气体的其它规格是可能的，而且根据气体、高度净化气体的目标应用和本领域技术人员显而易见的其它参数而变化。
在另一个实施方式中，本发明涉及一种气体净化系统，包括进料导管，用于将第一液体流输送至蒸发区的至少一个入口；蒸发区，其中该蒸发区包括至少一个入口和至少一个出口；第一导管，用于将第一蒸汽流从蒸发区的至少一个出口输送至处理区的至少一个入口；处理区，其中该处理区包括至少一个入口和至少一个出口；第二导管，用于将第二蒸汽流从处理区的至少一个出口输送到第一冷凝区的至少一个入口；第一冷凝区，其中该第一冷凝区包括至少一个入口和至少一个出口；第三导管，用于将第二液体流从该第一冷凝区的至少一个出口输送到鼓泡区的至少一个入口；和鼓泡区，其中该鼓泡区包括至少一个入口、至少一个蒸汽出口和至少一个液体出口。
该气体净化系统可在连续或间歇基础上运行。
该气体净化系统的一个实施方式图解地表示为图6中的净化系统600。该系统包括蒸发区610、处理区700、第一冷凝区630、鼓泡区640和控制器650，以及进料导管602、第一导管612、第二导管622和第三导管632。
进料导管602是提供用来将第一液体流102输送至蒸发区610的至少一个入口。单数的术语“导管”并不意味者排除了能够输送液体、而且用于将第一液体流输送至蒸发区610的至少一个入口的多个管道、管线、软管或其它装置。该管道、管线、软管或其它装置可为任何横截面积和任何长度。管道、管线、软管或其它装置(以及“连接件”)具有内壁，限定出液体通过的体积。连接件可含有本领域已知用于其装配的任何材料。在一个实施方式中，连接件的内壁含有PTFE、烧结金属或陶瓷。“内壁含有”是指连接件的内壁含有一个或多个的层、一个或多个的涂层、或者同时含有二者，它们提供了与通过导管的液体相接触的内表面部分。在另一个实施方式中，内壁含有PTFE。通常，PTFE可基本上涂布在进料导管602的连接件的整个内表面上。
除了其它可能的组件之外，进料导管602还可含有绝缘、加热夹套、冷却夹套或一个或多个阀。除了管道、管线、软管或其它装置，进料导管602可含有泵、阀、传感器或其它控制设备，以及其它可能的组件。
蒸发区610含有至少一个入口和至少一个出口。它可含有一个或多个容器或罐，以及任何管道、管线、软管或其它装置，这些管道、管线、软管或其它装置在多个容器或罐都是蒸发区610的组件时，提供该多个容器或罐之间的液体连通。容器或罐可包括本领域已知用于此用途的任何材料。在一个实施方式中，容器或罐包括不锈钢。此外，蒸发区610可含有适用于蒸发液体的任何组件，如一个或多个加热夹套，或一个或多个蒸发泵，以及其它本领域已知的组件。进一步地，蒸发区610可含有传感器、阀或其它控制设备。在一个实施方式中，数据和命令可在蒸发区610的传感器、阀或其它控制设备和控制器650之间双向传输。
控制器650可包括一个或多个计算机或其它数据处理机，一个或多个模拟处理机，或其中组件，这些组件能够从蒸发区610、处理区700、第一冷凝区630或鼓泡区640中的一个或多个报告数据，并将指令送往蒸发区610、处理区700、第一冷凝区630或鼓泡区640中的一个或多个。总体上，控制器650可从系统600的操作中获取数据，并控制系统600的操作。
在一个实施方式中，蒸发区610能以相对低的速率蒸发第一液体流102，例如，它每小时能将第一液体流起始量的约10～20％提取到蒸汽相中。在另一个实施方式中，更高和更低的蒸发速率是可能的。
蒸发区610能从第一液体流102中提取第一蒸汽流112。然后第一导管612将第一蒸汽流112从蒸发区610的至少一个出口输送到处理区700的至少一个入口。
第一导管612可包括一个或多个管道、管线、软管或其它装置，还可包括泵、阀、传感器或其它组件。第一导管612可包括在进料导管602的上下文中所描述的任何材料。
处理区700包括至少一个入口和至少一个出口。它可包括一个或多个容器或罐，以及任何管道、管线、软管或其它装置，这些管道、管线、软管或其它装置在多个容器或罐都是处理区700的组件时，提供该多个容器或罐之间的液体连通。容器或罐可包括本领域已知用于此用途的任何材料。在一个实施方式中，容器或罐包括不锈钢。
在一个实施方式中，处理区700可包括一个吸附区、一个过滤区，或同时包括二者。处理区700的一个实施方式表示在图7A和7B中。
在这一实施方式中，处理区700包括一个吸附区710和一个过滤区720。吸附区710包括一个或多个容器或罐，该容器或罐具有任何适当的几何形状，可由本领域普通技术人员已知的任何适当材料如不锈钢制造，其中，至少一个容器或罐含有能够从第一蒸汽流中除去水蒸汽的吸附剂。在一个实施方式中，吸附剂为二氧化硅-氧化铝吸附剂。在另一个实施方式中，吸附剂为氧化铝吸附剂。在一个进一步的实施方式中，吸附剂为活性碳吸附剂。在另一个实施方式中，吸附剂可根据下面所述的方法制备以供使用。
过滤区720可含有一个或多个能从第一蒸汽流中除去颗粒物的过滤器。该一个或多个过滤器可包括已知适用于制造过滤器的一种或多种材料。示例性的材料包括但不限于四氟乙烯(PTFE，商业获得为Teflon，DuPont，Wilmington，DE)、陶瓷和烧结金属，以及其它。在一个实施方式中，该一个或多个过滤器含有PTFE。
该一个或多个过滤器的孔尺寸可为小于颗粒物中至少一部分颗粒的直径的任何尺寸。在一个实施方式中，该一个或多个过滤器的孔尺寸为约0.5微米。在另一个实施方式中，该一个或多个过滤器的孔尺寸为约0.03微米。在一个实施方式中，过滤区720包括多个过滤器，不同过滤器具有不同的孔尺寸。
如图7A和7B所示，吸附区710和过滤区720以任何一种顺序定位。当通过更上游的吸附区710和过滤区720进行第一蒸汽流112的吸附或过滤之后，吸附或过滤后的产品可称为处理区蒸汽流212。过滤区700可包括一个处理区导管712，用于将处理区蒸汽流(a)从吸附区710的至少一个出口输送到过滤区720的至少一个入口，或者(b)从过滤区720的至少一个出口输送到吸附区710的至少一个入口。
进一步地，处理区700含有传感器、阀或其它控制设备。在一个实施方式中，数据和命令在处理区700的传感器、阀或其它控制设备与控制器650之间双向传输。此实施方式的一个实例示于图6中。可选或附加地，吸附区710、过滤区720或二者可包括传感器、阀或其它控制设备。尽管未示出，但是对本领域技术人员而言，根据本公开内容显而易见，数据和命令可在吸附区710的传感器、阀或其它控制设备与控制器650之间双向传输。同样未示出，但同样为本领域技术人员根据本公开内容显而易见的是，数据和命令可在过滤区720的传感器、阀或其它控制设备与控制器650之间双向传输。
处理区700的产品是第二蒸汽流122。
回到图6，第二导管622将第二蒸汽流122从处理区700的至少一个出口输送到第一冷凝区630的至少一个入口。第二导管622的一个或多个管道、管线或软管，以及第二导管622的任何阀、泵或其它组件，大体上和上述进料导管602和第一导管612的相同。
第一冷凝区630包括至少一个入口和至少一个出口。它可包括一个或多个容器或罐，以及任何管道、管线、软管或其它装置，这些管道、管线、软管或其它装置在多个容器或罐都是第一冷凝区630的组件时，提供该多个容器或罐之间的液体连通。容器或罐可包括本领域已知用于此用途的任何材料。在一个实施方式中，容器或罐包括不锈钢。此外，除了本领域已知的其它组件之外，第一冷凝区630可包括适用于将蒸汽冷凝成液体的任何组件，例如一个或多个冷凝夹套。进一步地，第一冷凝区630可包括传感器、阀或其它控制设备。在一个实施方式中，数据和命令在第一冷凝区630的传感器、阀或其它控制设备以及控制器650之间双向传输。
在一个实施方式中，第一冷凝区630可保持在高于待由该系统净化的气体的冷凝点约20°F～约40°F的温度。例如，如果气体是Cl2，温度可保持在约-130°F～约-110°F。在另一个实施方式中，可采用更高和更低温度用于第一冷凝区630。
第一冷凝区630可将第二蒸汽流122冷凝成第二液体流132。
第三导管632将第二液体流132从第一冷凝区630的至少一个出口输送到鼓泡区640的至少一个入口。该第三导管632可包括一个或多个管道、管线或软管，以及阀、泵或其它组件，它们大体上和上述进料导管602和第一导管612的相同。
鼓泡区640包括至少一个入口、至少一个蒸汽出口和至少一个液体出口。它可包括一个或多个容器或罐，以及任何管道、管线、软管或其它装置，这些管道、管线、软管或其它装置在多个容器或罐都是鼓泡区640的组件时，提供该多个容器或罐之间的液体连通。容器或罐可包括本领域已知用于此用途的任何材料。在一个实施方式中，容器或罐包括不锈钢。此外，除了本领域已知的其它组件之外，鼓泡区640可包括适用于鼓泡惰性气体通过液体的任何组件，例如一个或多个气体进料管线。进一步地，鼓泡区640可包括传感器、阀或其它控制设备。在一个实施方式中，数据和命令在鼓泡区640的传感器、阀或其它控制设备以及控制器650之间双向传输。
在一个实施方式中，鼓泡区640保持在约70°F～约150°F的温度，和约300psig～约700psig的惰性气体压力。在另一个实施方式中，可采用更高和更低的温度、压力或二者用于鼓泡区640。
鼓泡区640能将挥发性杂质从第二液体流132中提取到惰性气体蒸汽相142中。所产生的液体流称为第三液体流144。该第三液体流144可通过至少一个液体出口从鼓泡区640中除去，用于后续储存或其它处理。该惰性气体蒸汽相142可输入鼓泡区640的至少一个蒸汽出口中，以从系统中除去，或者由附加的系统组件进行进一步处理。
在一个实施方式中，系统进一步包括附加的组件，其表示为图8中的部分800。在附加组件中，有第四导管802，它用于将第三蒸汽流142从鼓泡区640的至少一个蒸汽出口输送到第二冷凝区810的至少一个入口。该第四导管802的连接件和组件大体如上述。
第二冷凝区810包括至少一个入口、至少一个蒸汽出口和至少一个液体出口。它可包括一个或多个容器或罐，以及任何管道、管线、软管或其它装置，这些管道、管线、软管或其它装置在多个容器或罐都是第二冷凝区810的组件时，提供该多个容器或罐之间的液体连通。容器或罐可包括本领域已知用于此用途的任何材料。在一个实施方式中，容器或罐包括不锈钢。此外，除了本领域已知的其它组件之外，第二冷凝区810可包括适用于将蒸汽冷凝成液体的任何组件，例如一个或多个冷却夹套。进一步地，第二冷凝区810可包括传感器、阀或其它控制设备。在一个实施方式中，数据和命令在第二冷凝区810的传感器、阀或其它控制设备以及控制器650之间双向传输。
在一个实施方式中，第二冷凝区810可保持在待由该系统净化的气体的冷凝点之上约20°F～约40°F的温度。例如，如果气体是Cl2，温度可保持在约-130°F～约-110°F。在另一个实施方式中，可采用更高和更低温度用于第二冷凝区810。在一个实施方式中，第二冷凝区810可保持在待由该系统净化的气体冷凝点之上约20°F的温度。
第二冷凝区810可将至少第一部分的第三蒸汽流142冷凝成第四液体流312。典型地，在第一部分被冷凝后，第三蒸汽流142的第二部分仍留在蒸汽相中，此第二部分称为第四蒸汽流314。该第四蒸汽流314包括存在于第三蒸汽流142中的惰性气体的主要部分，还可包括一种或多种挥发性杂质。第四蒸汽流314随后被输送到第二冷凝区810的至少一个蒸汽出口。
第五导管812将第四蒸汽流314从第二冷凝区810的至少一个蒸汽出口输送到洗涤区820的至少一个入口。第四导管802的连接件和组件大体如上述。
洗涤区820包括至少一个入口和至少一个出口。它可包括一个或多个容器或罐，以及任何管道、管线、软管或其它装置，这些管道、管线、软管或其它装置在多个容器或罐都是洗涤区820的组件时，提供该多个容器或罐之间的液体连通。容器或罐可包括本领域已知用于此用途的任何材料。在一个实施方式中，容器或罐包括不锈钢。此外，洗涤区820可包括适用于除去存在于第四蒸汽流中的待由该系统净化气体的主要部分的任何组件。进一步地，洗涤区820可包括传感器、阀或其它控制设备。在一个实施方式中，数据和命令在洗涤区820的传感器、阀或其它控制设备和控制器650之间双向传输。
可采用任何适当温度、压力和其它参数用于洗涤区820。
洗涤区820能从第四蒸汽流314中除去待由该系统600净化的气体的主要部分，产生所谓的第五蒸汽流322。该第五蒸汽流322可含有主要部分的惰性气体，还可含有一种或多种挥发性杂质。第五蒸汽流322可被输送到洗涤区820的至少一个出口。
第七导管822将第五蒸汽流从洗涤区820的至少一个出口输送出去，以脱除出系统。第七导管822的连接件和组件大体如上述。
在第二冷凝区810中制备的第三液体流312可通过第六导管814而从第二冷凝区810的至少一个出口输送到鼓泡区640的至少一个入口。第六导管814的连接件和组件大体如上述。
在一个实施方式中，本发明涉及处理吸附剂的方法，包括在干燥氮气下在第一温度第一次加热吸附剂；和在含Cl2、Br2、F2、HCl、HF或HBr的气体下在第二温度第二次加热该吸附剂，其中第二温度低于第一温度，且大于100℃。
该吸附剂是能从蒸汽流中去除水蒸汽的吸附剂。在一个实施方式中，吸附剂是二氧化硅-氧化铝吸附剂。示例性的商业可获得二氧化硅-氧化铝吸附剂包括商标名AW-300和AW-500(UOP LLC，DesPlaines，IL)，以及其它。在另一个实施方式中，吸附剂为氧化铝吸附剂。在进一步的实施方式中，吸附剂是活性碳吸附剂。通常，在未实施本方法的情况下，作为腐蚀性气体与吸附剂中存在的水之间反应的结果，这类吸附剂并不有助于从含腐蚀性气体如Cl2、Br2、F2、HCl、HF或HBr的蒸汽流中去除水蒸汽。尽管不受理论约束，本方法似乎从吸附剂中除去了几乎全部的水，并因而将涉及腐蚀性气体的反应降至最少。
吸附剂可装入本领域普通技术人员已知的任何适当容器中，例如由不锈钢制造的容器。该容器具有至少一个入口和至少一个出口。除了通过实施本方法制备新鲜吸附剂之外，还可通过实施本方法再生已根据上述方法使用和用于气体净化系统的吸附剂。如果从吸附剂进入方法下游步骤或系统下游组件的出口水蒸汽浓度大于理想的容许量，再生是适当的。在一个实施方式中，该理想容许量为约5ppm。
在一个实施方式中，与本发明相关的方法表示在图4中。
方法400包括第一次加热步骤410。在该第一次加热步骤410中，在干燥氮气下，在第一温度加热吸附剂。“在干燥氮气下”是指在第一次加热步骤410进行的同时，基本上不含水的氮气，即含少于5ppm水的氮气流过吸附剂。
第一温度可为对制备吸附剂以从腐蚀性气体中除去水蒸汽有效的任何温度，条件是它低于第一温度且大于100℃。第一次加热步骤410的持续时间不是决定性的。干燥氮气的流量也不是决定性的。
在一个实施方式中，第一温度为约150℃～约350℃。在另一个实施方式中，第一温度为约300℃～约350℃，第一次加热步骤410进行约12小时～约72小时。
方法400包括第二次加热步骤420。在第二次加热步骤420中，在含Cl2、Br2、F2、HCl、HF或HBr的气体下，在低于第一温度、且大于100℃的第二温度加热吸附剂。“在气体下”是指在第二次加热步骤420进行的同时，气体流过吸附剂。
第二温度可为对制备能从腐蚀性气体中除去水蒸汽的吸附剂有效的任何温度。第二次加热步骤420的持续时间可改变。气体流量也可改变。在一个实施方式中，气体可以与期望通过根据这一方法所制备吸附剂而从中除去水蒸汽的气体相同。在另一个实施方式中，气体可不同于期望通过根据这一方法所制备吸附剂而从中除去水蒸汽的气体。
在一个实施方式中，第二温度为约150℃～约250℃。在另一个实施方式中，第二温度为约175℃～约225℃，且第二次加热步骤420进行约6小时～约48小时。
在一个实施方式中，气体含Cl2。
通常，在第一次加热步骤410和第二次加热步骤420期间，CO2和水蒸汽被干燥氮气，或包含Cl2、Br2、F2、HCl、HF或HBr的气体，或二者，携带出吸附剂。在一个实施方式中，每次可进行第一次加热步骤410和第二次加热步骤420中的一个。
现在参见图5，该图示出了包括方法400和重复步骤510在内的一个方法。重复步骤510提供用来重复第一次加热步骤410和第二次加热步骤420，直至在氮气，或者包含Cl2、Br2、F2、HCl、HF或HBr的气体中基本上检测不到CO2和水蒸汽。“基本上检测不到”是指在氮气，或者包含Cl2、Br2、F2、HCl、HF或HBr的气体中的CO2和水蒸汽浓度都低于约1ppm。
重复步骤510的各种实施方式包括在上面有关第一次加热步骤410和第二次加热步骤420的部分所描述的那些。
在另一个实施方式中，本发明涉及一种吸附剂，由包括下述的方法制备在干燥氮气下在第一温度第一次加热该吸附剂；和在含Cl2、Br2、F2、HCl、HF或HBr的气体下在第二温度第一次加热该吸附剂，其中第二温度低于第一温度，且大于100℃。
吸附剂是能从蒸汽流中去除水蒸汽的吸附剂。在一个实施方式中，吸附剂是二氧化硅-氧化铝吸附剂。示例性的商业可获得二氧化硅-氧化铝吸附剂包括商标名AW-300和AW-500(UOP LLC，DesPlaines，IL)，以及其它。在另一个实施方式中，吸附剂为氧化铝吸附剂。在进一步的实施方式中，吸附剂是活性碳吸附剂。通常，在未实施本方法的情况下，作为腐蚀性气体和吸附剂中存在的水之间反应的结果，这类吸附剂并不有助于从含腐蚀性气体如Cl2、Br2、F2、HCl、HF或HBr的蒸汽流中去除水蒸汽。尽管不受理论约束，本方法似乎从吸附剂中除去了几乎全部的水，并因而将涉及腐蚀性气体的反应降至最少。
该吸附剂可装入本领域普通技术人员已知的任何适当容器中，如由不锈钢制造的容器。该容器具有至少一个入口和至少一个出口。除了通过实施本方法制备新鲜吸附剂之外，还可通过实施本方法再生已根据上述方法使用和用于气体净化系统的吸附剂。如果从吸附剂进入方法下游步骤或系统下游组件的出口水蒸汽浓度大于理想的容许量，再生是适当的。在一个实施方式中，该理想容许量为约5ppm。
该方法上文已有描述。
下面的实施例包括在说明书中，以说明发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解，下面实施例中公开的技术表示了本发明人所揭示的技术，是为了在发明实践中更好地发挥作用。但是，根据本公开内容，本领域技术人员还应理解，在所公开的具体实施方式
中可进行很多变化，仍能获得类似或相似的效果，而不背离本发明的精神和范围。
实施例1在中试装置中的超纯氯净化下面的实施例说明，在中试装置生产超纯Cl2产品中，上述方法和系统有效。
从蒸汽相将粗氯装入净化系统中能减少粗氯液体中存在的金属浓度。约60磅/小时～约80磅/小时的蒸汽相脱除流量(由第一冷凝温度控制)能使得蒸汽相的脱除只有非常少的液滴生成，而且金属浓度范围为约1ppb～10ppb。
然后，使蒸汽相接触商业二氧化硅-氧化铝基沸石分子筛。在中试装置中，使用根据前述方法制备之后的AW-300或AW-500(UOP LLC，Des Plaines，IL)。在中试装置中操作三年之后(期间酌情定期再生)，所制备的吸附剂仍保持为能将水蒸汽含量降低为约1ppm。
还应注意到的是，在中试装置中，将氯蒸汽或氯液体从一个操作单元(或区)输送到另一个操作单元时，或者将最终产品从系统卸载到贮存容器时，不使用机械设备。因此，消除了由机械设备的金属腐蚀导致的最终产品潜在污染，而且系统中不含移动的机械设备允许了更大的可信任性和可靠性。
还应注意到，中试装置能单独地或同时地进行蒸汽冷凝和液体汽提。操作单元(区)依次连接，杂质可连续去除。需要的唯一停车是更换充满的粗容器和空的产品容器，以倒空粗容器和填充产品容器。产品损失的量可忽略，这部分上是在接近氯冷凝温度下进行第二冷凝的结果，在该温度下，氯有非常低的分压，因此非常大主要部分的氯进入并停留在蒸汽相，而其携带的汽提气体排放物和杂质被排放入空气排放物控制单元中。
此外，从返回容器中回收产品的设备，以及在送回容器被再次充满之前的清洁可集成入系统中，以确保高度一致性和高质量产品。
中试装置中，从包括含不超过约99.0％Cl2的液体的粗氯贮存罐提取氯蒸汽。氯蒸汽的提取流量为约60磅/小时～约80磅/小时。这一相对低的提取流量导致蒸汽中非常低的金属含量；在运行的一部分中，蒸汽的金属含量为约1ppb。蒸汽提取的实现是通过打开尽量下游但不超过第一冷凝器的阀(即，第一冷凝器和贮存罐蒸汽连通)。
然后将氯蒸汽流输入吸附器中，该吸附器中含有根据下面方法制备和定期修复的二氧化硅-氧化铝吸附剂(AW-300，UOP LLC，DesPlaines，IL)。
吸附剂填充在吸附剂容器(此处为“吸附器”)中。填充的吸附剂称为“吸附剂床”或简单地称为“床”。该吸附器由6英寸、规格80(schedule80)、316L的不锈钢管制成，在顶部有1英寸的开颈，由法兰密封。该吸附器被设为离线，以用于制备或修复步骤。首先，在超干氮气下，将吸附剂逐步加热到约350℃，加热约48小时。吸附剂中存在的至少一部分水蒸汽被除去。其次，将床温降至约150℃～约250℃，并停止氮气流动。然后将约20psig～约50psig的纯氯蒸汽输送通过吸附剂，以清出固体残余如金属氧化物或碳酸盐。然后，停止氯蒸汽流动，重新开始干燥氮气流动，并使床温返回至约350℃，维持约24小时。重复该循环，直到不能检测到吸附剂床释放的CO2和水蒸汽浓度。之后，制备的吸附剂就绪，可用于除湿。
所制备的吸附剂将氯蒸汽流的水蒸汽含量降至低水平；在运行的一部分中，所制备吸附剂处理后的氯蒸汽流的水蒸汽含量被降至低于约1ppm。
在通过所制备的吸附剂之后，氯蒸汽流通过能过滤去尺寸大于约0.03微米的颗粒的过滤器，从而得以过滤。
过滤之后，氯蒸汽流被冷凝成液体，该液体积聚在第一冷凝器中。第一冷凝器的操作温度保持在液氯冷凝点之上约20°F～约40°F。
用于该中试装置、含在一个内部容器(ASME代码U)中的冷凝器是由6英寸、规格80、316L的不锈钢管制成。该内部容器可容纳大约225磅的液氯。内部容器有一个液体侧，由位于容器中央的一个浸管确定；和一个蒸汽侧，由容器的另一个管确定。该内部容器包裹在由1/2英寸、316L不锈钢管制成的冷却盘管中。内部容器和冷却盘管浸入填充了异丙醇的真空夹套杜瓦瓶(dewar)中。该杜瓦瓶由顶部法兰密封，该法兰能支撑容器、液氯、醇和冷却盘管的总重量。液氮通过冷却盘管加入，将异丙醇浴保持在理想的温度。用天平控制在各冷凝器和系统内其它设备中因氯的通过和积累而引起的重量变化。
从贮存罐中提取氯蒸汽，直到达到第一冷凝器容纳量。尽管第一冷凝器易于按比例放大或缩小，以拥有约100磅～数千磅的容纳量，但是，在该中试装置中，该第一冷凝器具有约225磅液氯的容纳量。
当第一冷凝器中的液氯达到容纳量时，关闭过滤器和第一冷凝器之间的阀，停止从贮存罐中提取蒸汽。之后，打开氦源和第一冷凝器顶部空间之间的阀，和第一冷凝器的液体容纳区和鼓泡器之间的阀。氦迫使液氯从第一冷凝器进入鼓泡器。该鼓泡器具有约225磅的液氯容纳量。在液氯输入鼓泡器之后，关闭氦源和第一冷凝器之间的阀，和第一冷凝器液体容纳区与鼓泡器之间的阀，打开过滤器和第一冷凝器之间的阀，重新开始自贮存罐的蒸汽提取。
用于该中试装置的鼓泡器包括一个由6英寸、规格80、316L的不锈钢管制成的内部容器(ASME代码U)。该内部容器可容纳大约225磅的液氯。内部容器有一个液体侧，由位于容器中央的一个浸管确定；和一个蒸汽侧，由容器的另一个管确定。鼓泡器还包括两个电加热器，位于内部容器的底部附近。该内部容器和电加热器进入填充了水的真空夹套杜瓦瓶中。用天平控制因氯在鼓泡器中的通过和积累而引起的重量变化。
鼓泡工艺的开始是通过打开氦源和鼓泡器之间的阀门，这导致氦鼓泡通过液体。液体的温度保持在约70°F～约150°F。氦的鼓泡压力保持在约300psig～约700psig。离开鼓泡器的氦物流含氯蒸汽和杂质如N2、O2、CO和CO2。
离开鼓泡器之后，氦物流被随后引入第二冷凝器中。第二冷凝器与第一冷凝器类似。第二冷凝器被加热到液氯冷凝点之上20°F。在第二冷凝器中，氦物流的氯蒸汽组分被再次冷凝成液体，留在第二冷凝器中。氦物流中的氦和杂质(在多次的某一部分中，其含有痕量氯)被引入湿法洗涤器中以除去痕量氯，剩余的氦和杂质然后被排入周围大气中。冷凝之后，通过开、关适当的阀，使液氯从第二冷凝器输送到鼓泡器。典型地，在产品从鼓泡器除去至收集罐之后，液氯从第二冷凝器再循环回到鼓泡器中。
鼓泡期间，液氯中的杂质如N2、O2、CO和CO2的含量降低。杂质含量降低的程度由在线仪器测量，该在线仪器在运行的一部分包括气相色谱和FTIR仪器。当杂质的测量浓度降至指定规格时，关闭鼓泡器和第一冷凝器之间的阀，和鼓泡器和第二冷凝器之间的阀。鼓泡器和氦源之间的阀通常关闭，但可被打开，以迫使来自鼓泡器的液氯。打开鼓泡器和收集罐之间的阀，将液氯加入收集罐中。如上述，氦能用于迫使超纯液氯进入收集罐中。
收集罐的容纳量可容易地按比例放大或缩小。在该中试装置中，收集罐具有约1500磅的容纳量。
在该中试装置中，通过关闭鼓泡器和收集罐之间的阀，并打开氦源和收集罐顶部空间的阀，从而将超纯氯从收集罐输送到产品容器如气缸中。然后，高压迫使超纯氯进入产品充填站，在那里一个或多个气缸平行连接并依次得到填充。一个天平控制着各气缸内填充的氯重量。
使用后，空的产品容器返回到中试装置时，一部分氯留在该容器中，因此在再次填充之前，需要清洁容器。该中试装置中已经测试了两种用于将残余氯加入净化系统中的方法。在一个方法中，容器中残余的氯被加入粗罐下游和吸附器上游的气体净化系统中。在另一个方法中，迫使氦进入容器，通过氦的压力将残余氯分流入粗罐中。然后使容器减压，并在再次使用之前用真空清洗。
按照本公开内容，无需过度实验即可完成并实现此处公开和请求保护的所有方法和装置。虽然已经根据特定实施例方式描述了本发明的方法，但是，本领域技术人员显而易见，可以对方法和装置，或者此处所述方法的步骤或后续步骤进行改变，而不背离本发明的概念、精神和范围。本领域技术人员所显而易见的所有这些改变都应认定为在由所附权利要求书所限定的本发明精神、范围和概念之内。
权利要求
1.一种处理吸附剂的方法，包括在干燥氮气下在第一温度第一次加热吸附剂；和在含Cl2、Br2、F2、HCl、HF或HBr的气体下在第二温第二次加热吸附剂，其中第二温度低于第一温度，且大于100℃。
2.根据权利要求1的方法，其中该气体含Cl2。
3.根据权利要求1的方法，其中第一温度为约150℃～约350℃。
4.根据权利要求3的方法，其中第一温度为约300℃～约350℃，第一次加热进行约12小时～约72小时。
5.根据权利要求1的方法，其中第二温度为约150℃～约250℃。
6.根据权利要求5的方法，其中第二温度为约175℃～约225℃，第二次加热进行约6小时～约48小时。
7.根据权利要求1的方法，进一步包括重复第一次加热和第二次加热步骤，直到在氮气或含Cl2、Br2、F2、HCl、HF或HBr的气体中基本上检测不到CO2和水蒸汽。
8.根据权利要求7的方法，其中所述气体含Cl2。
9.一种吸附剂，由包括下述步骤的方法制备在干燥氮气下在第一温度第一次加热该吸附剂；和在含Cl2、Br2、F2、HCl、HF或HBr的气体下在第二温度第二次加热吸附剂，其中第二温度低于第一温度，且大于100℃。
10.根据权利要求9的吸附剂，其中所述气体含Cl2。
11.根据权利要求9的吸附剂，其中该方法进一步包括重复第一次加热和第二次加热步骤，直到在氮气或含Cl2、Br2、F2、HCl、HF或HBr的气体中基本上检测不到CO2和水蒸汽。
12.根据权利要求11的吸附剂，其中所述气体含Cl2。
13.根据权利要求9的吸附剂，其中吸附剂是二氧化硅-氧化铝吸附剂、氧化铝吸附剂或活性碳吸附剂。
14.根据权利要求10的吸附剂，其中吸附剂是二氧化硅-氧化铝吸附剂。
全文摘要
本发明公开了制备在腐蚀性气体净化时有效除去水蒸汽的吸附剂的方法，和所制备的吸附剂。
文档编号B01J20/34GK1744934SQ200480002964
公开日2006年3月8日 申请日期2004年1月12日 优先权日2003年2月18日
发明者周德荣, J·P·博尔齐奥, G·M·朱里希, E·R·凯伯库斯 申请人:液体空气乔治洛德方法利用和研究的具有监督和管理委员会的有限公司