本公开涉及气体处理系统及相关方法，所述气体处理系统包含介质器皿及预热器，其用于通过使气体流动以接触容纳于所述介质器皿中的例如催化剂或吸附材料的介质而处理所述气体。
背景技术：
1、使用工业气体作为原材料或作为处理材料(被称为“试剂气体”)以用于许多不同商业及工业目的，包含用于制造半导体及微电子装置。
2、为了制备试剂气体以在工艺中使用，气体可经处置或处理以对气体引起各种不同效应中的任一者。试剂气体可经加热、冷却、净化、过滤、催化处理等。
3、气体净化系统经调适以将经净化试剂气体的持续流量供应到例如半导体或微电子处理工具的制造装备件。实例试剂气体包含：氮、氩、氦、氢、二氧化碳、清洁干燥空气(“cda”)及氧，其各自呈净化形式。
4、用于净化气流的技术可涉及使气体与可移除(即，减少)含于气体中的杂质量的介质材料接触。通过一些技术，通过隔离杂质(例如通过使杂质变得吸附于吸附剂(即，“吸附介质”)的表面上)而从气流移除所述杂质。通过其它技术，杂质可与固体催化剂材料接触，所述固体催化剂材料将杂质化学转化(例如，氧化)成被认为与原始杂质相比更合意或较不合意的衍生化合物。
5、制造商已设计用于执行气体净化工艺的高度专业化装备。用于净化气体的系统将包含装纳一种类型的介质(例如，净化介质)(例如吸附剂、过滤器或催化剂)的容器(器皿)，及引导试剂气体的流量穿过器皿以接触介质的附属流量控制装备。包含控制件以控制工艺的条件，例如温度、压力及流速。
6、许多气体处理系统包含气体预热器，所述气体预热器用于在气体流动穿过容纳介质的器皿之前对气体进行预热。举例来说，为改进催化净化工艺的效率，气体可在接触催化剂之前被预热。用于这些类型的催化工艺的装备包含容纳催化剂的器皿、使气体流动穿过催化剂的流量控制件及在气体接触催化剂之前将气体加热到高温的预热器。
7、气体预热器还可用于吸附型气体净化系统中，在吸附(用于过滤或净化)步骤中或用于再生步骤。在这些系统中，通过使气体流动以接触吸附介质而执行吸附净化。使气体流动穿过吸附介质使气体中的杂质变得吸附到吸附介质上而气体未被吸附并行进穿过介质。
8、在吸附杂质的使用期内，杂质积累于吸附介质上。可通过再生工艺从吸附剂移除积累杂质，所述再生工艺在高温下将介质暴露于清洁(“再生”)气体的流量以使杂质解吸并从吸附剂移除。通过使经加热气体(“再生气体”)行进穿过原始器皿中的吸附介质，可用在净化步骤期间保留在容纳介质的同一器皿中的吸附介质来执行再生工艺。再生气体接触吸附介质的表面且已积累于介质的表面上的经吸附杂质将从表面解吸以通过再生气体从吸附介质带离。为了高效再生，再生气体通常在接触吸附介质之前被预热。
9、对于例如，催化工艺、吸附工艺、过滤工艺、净化工艺或再生工艺等中的任何类型的工艺步骤、介质及试剂气体(其包含再生气体)，工艺可包含经加热气体行进穿过经加热介质床，其中均匀温度分布遍及气体并行进穿过介质。优选地，容纳其中气体流动穿过介质的介质的器皿将经控制到所需工艺温度，其中整个器皿及器皿、气体及介质的全部位置理想地保持在单个所需工艺温度。装备及工艺经设计以减少或消除介质器皿内的温度梯度。
10、为了控制气体的温度且避免热梯度，处理系统可包含在气体接触容纳于介质器皿中的介质之前加热气体的预热器。在一种方式中，气体可在进入介质器皿之前通过使用作为与介质器皿分开的结构的分开、独立预热器设备进行加热。气体首先流动穿过独立预热器设备，其中气体经加热，且经加热气体接着从预热器设备流动到分开的介质器皿。分开的预热器设备需要分开的流量控制件、分开的温度及压力控制件及传感器、分开的加热及绝缘装备，以及完全分开的物理容纳结构。
11、替代预热技术涉及在气体容纳于容纳介质的器皿(“介质器皿”)中并行进穿过所述器皿的在介质的“上游”的位置处的空间时加热所述气体。预热器是还包含介质的介质器皿的内部空间的部分，其中预热器部分包含加热元件或另一类型的加热机构以在气体从器皿的入口行进穿过预热器空间，接着与介质接触时将热能添加到气流。预热器空间在共享结构内经布置成与容纳于介质器皿中的介质物理上“成直线”及在介质的上游，且通常在介质垂直上方或垂直下方。
技术实现思路
1、出于各种原因，商业工艺可包含接触气体及介质以使介质与气体相互作用以对气体执行操作或对介质执行操作的步骤。实例工艺包含过滤或净化气体，或再生介质的工艺。
2、这些类型的工艺可能需要或可能通过凭借加热气体、介质或两者而在高温下操作工艺来改进。举例来说，通常在高温下执行通过催化技术净化试剂气体的工艺。同样地，通常在高温下执行再生在吸附型净化或过滤工艺中使用的固体吸附介质床的工艺。对于这些方法，相关气体(试剂气体或再生气体)通常在气体与相关介质(催化剂或吸附介质)接触之前被预热。
3、如下般描述包含介质器皿与围绕所述介质器皿的环形预热器的组合的气体处理设备。新颖及发明设备设计包含容纳例如吸附剂、催化剂或类似者的介质的介质器皿，及围绕所述介质器皿且优选地与所述介质器皿热接触的环形预热器。在使用中，气流穿过入口进入环形预热器且接着流动穿过围绕介质器皿的环形预热器，接着流动穿过通向介质器皿及介质的预热器出口。当气体行进穿过预热器时，预热器将热能添加到气体，且从预热器流动到介质器皿中的气体已通过预热器加热到高温。
4、新颖设计允许预热器设备与介质器皿共享共同结构及控制件。在优选实例中，除通过从预热器流动到介质器皿的经预热气体交换的热量以外，预热器也可与介质器皿热接触以通过预热器及介质器皿的邻近或共同结构(例如，通过结构的侧壁)与介质器皿共享热能。整体效应是减少加热气体及介质所需的能量的量。可通过在预热器的体积内使用例如挡板的流量控制结构以控制预热器的入口与出口之间的气流而增强效应。
5、设备的另一优选特征可为经组合预热器及介质器皿气体处理设备的外部可为绝缘的，但不需要且可优选地排除加热元件作为设备外部处的绝缘装置(例如，毯)的部分。
6、在一方面，本公开涉及一种气体处理设备。所述设备包含介质器皿及预热器。所述介质器皿包含：介质器皿入口端，其包括介质器皿入口；介质器皿出口端，其包括介质器皿出口；介质器皿侧壁，其延伸在所述介质器皿入口与所述介质器皿出口之间；及介质器皿内部，其由所述介质器皿侧壁界定。所述预热器定位于所述介质器皿侧壁的外侧上且包含：预热器侧壁，其在所述介质器皿侧壁的外部，且与所述介质器皿侧壁隔开以界定所述介质器皿侧壁的外表面与所述预热器侧壁的内表面之间的预热器体积；预热器入口；及预热器出口，其与所述介质器皿入口流体连通。
7、在另一方面，本公开涉及一种使用本描述的气体处理设备的方法。所述方法包含：使气体流动穿过预热器以预热所述气体；及使所述经预热气体行进穿过介质器皿内部以接触容纳于所述介质器皿内部中的介质。
1.一种气体处理设备，其包括：
2.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括所述预热器体积内的加热元件。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述加热元件是加热棒，其中：
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述加热棒沿所述周边分布，其中加热棒之间具有非均匀间距。
5.根据权利要求3或4所述的设备，其中：
6.根据权利要求1到5中任一实例所述的设备，其进一步包括定位于所述预热器体积内的至少一个水平延伸挡板。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述挡板具有部分圆形形状且界定所述挡板的两端之间的间隙。
8.根据权利要求6或7所述的设备，其进一步包括加热棒，其中：
9.根据权利要求8所述的设备，其中所述加热棒沿所述周边分布，其中加热棒之间具有均匀间距。
10.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述预热器包括：
11.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述预热器出口包括开口，所述开口将所述预热器内部与所述介质器皿内部连接，且沿所述预热器的周边的长度延伸，包含在所述预热器的前侧上及在所述预热器的背侧上。
12.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述预热器入口是在所述预热器的前侧上的开口且延伸小于所述预热器的所述周边的长度的30度。
13.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述预热器入口的面积与所述介质器皿出口的面积的比率是从2:1到1:2。
14.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述预热器体积具有圆柱形、环形横截面。
15.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述介质器皿容纳包括吸附介质或催化剂的介质。
16.根据任一前述权利要求所述的设备，其进一步包括入口端顶部空间，所述入口端顶部空间连接所述介质器皿入口及所述预热器出口，且包括从所述预热器出口穿过所述入口端顶部空间到所述介质器皿入口的流径。
17.根据任一前述权利要求所述的设备，其中：
18.一种使用根据权利要求1到17中任一权利要求所述的气体处理设备的方法，所述方法包括：
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述气体选自氮、氩、氢、氨、二氧化碳、清洁干燥空气及氧。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述介质包括催化剂且所述气体是选自氮、氩、氢、二氧化碳、清洁干燥空气及氧的试剂气体。
21.根据权利要求19或20所述的方法，其中杂质是氮氧化物、氧化碳或碳氢化合物。
22.根据权利要求19或20所述的方法，其中所述杂质是甲烷。
23.根据权利要求19到22中任一权利要求所述的方法，其中所述设备不包含介质器皿内的加热元件，且所述设备不包含所述预热器外部的加热元件。
