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Notes
技術專文

極低溫吸附純化技術即是根據此特
圖 4、低溫吸附純化系統
性，利用液氮作為冷卻媒介，將氦
氣及氖氣中所含的不純物以冷凝的
Heater
方式，進而達到純化的目標。 Flow H
Controller
極低溫吸附系統 (Cryogenic Adsor- F
ption System， 以 下 簡 稱 CAS) 主 Filter
Purified gas
要由兩顆可相互作純化及再生功
能切換的低溫吸附桶槽 (Cryogenic
Adsorption Column， 以 下 簡 稱 Evaporated N 2
Cryogenic
CAC) 所組成。CAC 具有雙層桶槽
Adsorption
結構，其中外桶主要用來隔熱，內 Column
外桶之間則為抽真空之絕熱層，內
Pneumatic
桶用來裝載液態氮，而用來做低溫
Valve
吸附的純化槽則是浸泡於內桶裡的
Liquid N 2
液態氮中。其他相關的零組件還包
括了加熱器、熱交換器、流量控制 Purifying path
Regeneration path
器、過濾器及相關閥件等。 Cooling N 2 path
Heat Exchanger
圖4 為 CAS 的示意流程圖，由圖可 Manual
Valve Purge gas
看出，當待純化氣體進入系統後，
會先由流量控制器控制氣體流量， Feed gas F
再經由熱交換器將氣體預冷，接著
氣體會進入低溫吸附槽內進行低溫
純化。當氣體通過吸附槽時，所有 圖 5、低壓緩衝桶槽內之壓力時序變化圖
沸點小於氮氣的不純物，都會因被
724.4500
液化甚至固化而被捕獲。氦氣及氖
712.4600
氣因沸點遠低於氮氣，使其仍能以
700.4700
氣態的形式輕易地穿過吸附槽，進
688.4800
而達到被純化的目的。當進行 CAC
再生程序時，純化後氣體管路的旁 676.4900
通閥會開啟，並經由流量控制器， 664.5000
652.5100
引入約 10% 的純化氣體來作為再
生用氣體。如圖所示，再生用氣體 640.5200
會先經過加熱器升溫後，再進入待 628.5300
再 生 的 CAC。CAC 進 行 再 生 時， 616.5400
系統會將其內部的液態氮進口閥關 604.5500
May 04 May 04 May 05 May 05 May 05 May 05
閉，待內部液態氮全數蒸發後，再 14:38:53 19:26:53 00:14:53 05:02:53 09:50:53 14:38:53
讓加熱的再生氣流進入，把 CAC
內部被液化或固化的不純物質加以
升溫汽化後帶出，達到 CAC 再生
的目的。CAC 也另外銜接了兩道用 純化氣體，若再扣除管路閥件上的 系統運轉實例
來補充液態氮或是排放蒸發後氣氮 氣體損耗，每次做 CAC 再生程序
以下將針對此套惰性氣體回收系統
的管路以及液位計。管路上的兩顆
的氣體耗損率可能達 15 %。另外， 實際運用於氖氣回收上的運轉相關
氣動閥，藉由液位計的迴受訊號，
由於 CAC 內的溫度控制在 -196℃ 狀況做介紹。極低溫吸附純化系統
控制液氮補充量或是氣氮排氣量，
左 右， 如 表1 所 示， 在 此 溫 度 下 的部分，因尚未實際運轉，無相關
使得 CAC 內的液氮液位及桶壓維
許多不純物質如 H 2 O、Xe、Kr、 操作上之數據可供參考，於此章節
持穩定。
不多著墨。 圖5 為低壓緩衝桶槽
CH 4 、Ar 均已呈現固態，這些固化
CAS 目前尚未於本計畫內進行實際 內部之壓力的時序變化圖，由圖可
的不純物均會影響 CAC 的冷卻純
運轉，除了建置成本及廠區內設置 看出，製程機台端所排放出的廢氖
化效果，迫使 CAC 的再生週期縮
空間及工安疑慮之外，回收效率也 氣進入回收系統後，壓力即緩慢且
是一項待評估的重點。如上所述， 短，也進一步提高了純化氣體的耗 穩定地逐漸提升，當壓力值達到系
CAC 做再生時，需使用約 10% 的 損量。 統設定的壓力上限時，加壓幫浦隨

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