Brevet FR2172886A1 — publié le 19731005

La présente invention a pour objet un procédé de mélange de plusieurs fluides et de purification simultanée de l'un au moins d'entre eux. Les procédés actuels de mélange de plusieurs fluides posent certains problèmes, notamment, en ce qui concerne les impuretés contenues dans certains des fluides à mélanger. Par exemple, lorsque l'on veut mélanger deux fluides A et B, la dilution du fluide A, plus ou moins pur, dans le fluide B ne modifie pas la teneur en impuretés apportées par A. Si l'on veut diminuer le taux de ces impuretés, il est nécessaire de purifier préalablement le fluide A. L'invention a pour objet précisément un procédé qui pallie les inconvénients rappelés ci-dessus, notamment en ce qu'il permet dans le cas décrit précédemment, de réaliser le mélange des fluides A et B en même temps que la purification du fluide A. Le procédé conforme à l'invention se caractérise notamment en ce que l'on introduit d1abord,à#intervalles de temps réguliers et pendant une durée donnée, les fluides à purifier dans un courant à débit constant d'un fluide principal auquel on veut mélanger lesdits fluides à purifier, on fait ensuite passer ce débit dans une colonne susceptible de retarder les impuretés contenues dans les fluides à purifier, et on recueille à la sortie de ladite colonne le mélange du fluide principal et des fluides purifiés. L'expression "retarder les impuretés signifie que la colonne est susceptible de retenir différemment les impuretés contenues dans les fluides à purifier et ces fluides eux-mêmes, Selon l'invention, on injecte les différents fluides à purifier dans le courant à débit constant du fluide principal à des instants différents mais selon la même période. Les caractéristiques de la colonne et des injections sont déterminées de telle sorte que les fluides purifiés sortent au même instant. Ainsi, selon le procédé conforme à l'invention, on a à la sortie de la colonne successivement - pendant un temps donné,un mélange des fluides purifiés et du fluide principal, - pendant un autre temps donné, un mélange du fluide principal et des impuretés contenues au départ dans les autres fluides, et ainsi de suite Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le fluide principal peut être constitué d'un mélange de plusieurs fluides différents, ce qui permet d'obtenir un mélange des dfférents fluides qui étaient purs au départ et des différents fluides qui contenaient des impuretés au départ. Lorsque le mélange des fluides purifiés et du fluide principal sort de la colonne, on l'envoie dans un récipient de volume suffisant et muni d'un système d'agitation pour parfaire le mélange. Lorsque le mélange du fluide principal et des impuretés sort de la colonne,on sépare les impuretés et on recycle le fluide principal à ltentréexde dela colonne. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit du mode de réalisation du procédé considéré, description faite en se référant à la fig. jointe qui représente schématiquement le dispositif de mise en oeuvre de 11 invention. Pour plus de simplicité, on a choisi le cas où l'on doit mélanger seulement deux fluides A et B, A étant le fluide contenant des impuretés. Bien entendu, ceci n'est nullement limitatif. La mise en oeuvre du procédé s'effectue de la manière suivante - on introduit en 1, un débit continu et constant de B, - on introduit en 2, dans ce débit continu de B, une certaine quantité de A à des intervalles de temps réguliers et pendant une durée donnée, - ce débit passe ensuite dans la colonne 3 contenant des granulés poreux adsorbants ou revêtus d'une couche de liquide absorbant. Les impuretés de A, sont plus ou moins retenues dans ces granulés et sortent donc de la colonne à des instants différents du fluide A, - on fait passer, au moyen de la vanne 4,pendant le temps prévu le mélange B + A pur sortant de la colonne dans le récipient 5 muni d'un agitateur 6, - pendant la période de temps suivant et prévue, on fait passer au moyen de la vanne 7 le mélange B + impuretés sortant de la colonne dans un séparateur B duquel on extrait en 9 les impuretés et en 10 le fluide B que l'on recycle en 1 à l'entrée de la colonne, L'ensemble de ces opérations peut être dirigé par un programmateur 11. Le procédé conforme à l'invention peut s'appliquer au mélange de fluides liquides ou gazeux. A titre d'exemples non limitatifs, on va décrire ci-après, quelques exemples de préparation de mélanges par le procédé conforme à l'invention. Exemple 1 On traite, pendant 1 h, 1,6 kg d'isopentane à 99,9 % à l'aide de 8,4 Nm3 (normaux m3) d'hélium pur, dans une colonne de 1 m de long et 12 cm de diamètre, contenant des grains poreux 3 imprégnés de 20 # de squalane à 45 C. On obtient 4 m de mélange hélium-isopentane contenant 0,35 g/l d'isopentane. Le mélange hélium-isopentane obtenu ne contient que 6 ppm d'impuretés. Or, en opérant par simple dilution d'isopentane dans l'hélium selon les procédés connus, on aurait obtenu un mélange gazeux contenant 180 ppm d'impuretés. Exemple 2 On traite par le procédé selon l'invention du silane (SiH4) contenant 100 ppb de diborane (B2H6), à l'aide d'hydrogène pur, sur la même colonne que dans l'exemple 2, à 450C. On obtient un mélange d'hydrogène et de silane contenant 10 % de silane (en fraction molaire). Ce mélange est directement utilisable pour la fabrication de composants électroniques par décomposition thermique. Le silicium obtenu à l'aide de ce mélange contient moins de 1 ppb de bore. Or, une dilution directe de SiH4 par H2 aurait donné après dépôt, du silicium contenant 100 ppb de bore, donc inutilisable pour la fabrication de composants de qualité. Exemple 3 On prépare un mélange gazeux de SiH4 dans -H2 'dopé" par un hydrure volatil tel que AsH3 de la manière suivante on fait des injections de SiH4 dans un courant de H2 et on injecte à des instants différents mais avec la même période une petite quantité de AsH3 impur. SiH4 et AsH3 purifiés sortent en même temps de la colonne ; on obtient alors un mélange où SiH4 et AsH3 très purs sont dilués dans I1 hydrogène. Le procédé selon l'invention permet d'obtenir des mélanges composés de fluides très purs et avec des concentrations assez précises (llerreur sur la teneur de A dans B est inférieure à 1 %). Ce procédé trouve une application intéressante dans la fabrication de mélanges étalons : par exemple, pour préparer un mélange étalon de butane à 1% dans l'hélium, en utilisant le procédé selon llinvention, on peut se contenter de butane à 99 %. Or, en préparant ce mélange étalon par simple mélange, on aurait dû utiliser du butane à 99,99 %. Le procédé permet donc une notable économie de fabrication. Le procédé trouve également une application particulière ment intéressante dans la fabrication de mélanges destinés à l'obtention de métaux ultra-purs. En effet, on prépare souvent ces métaux ultra-purs par décomposition diun de leurs composés volatils dilué dans un gaz inerte : par exemple le silicium peut être obtenu par décomposi tion ermiquE de SiH4 dilué dans un gaz inerte. Par le procédé selon l1invention,il est possible d'obtenir directement le mélange gazeux nécessaire, contenant SiH4 à très haute pureté à partir de SiH4 de pureté technique, comme on l'a décrit dans exemple 2 ci-dessus. REVENDICATIONS 1- Procédé de mélange de plusieurs fluides et de purification simultanée de l'un au moins d'entre eux, caractérisé en ce que l'on introduit d'abordwà intervalles de te#mps réguliers et pendant une durée donnée, les fluides à purifier dans un courant à débit constant d'un fluide principal auquel on veut mélanger lesdits fluides à purifier, on fait ensuite passer ce courant dans une colonne susceptible de retarder les impuretés contenues dans les fluides à purifier, et on recueille périodiquement à la sortie de ladite colonne le mélange du fluide principal et des fluides purifiés. 2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on injecte les différents fluides à purifier dans le courant à débit constant du fluide principal à des instants différents mais selon la même période. 3- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, après la sortie du mélange du fluide principal et des fluides purifiés, on recueille à la sortie de la colonne le mélange du fluide principal et des impuretés pendant le temps de sortie desdites impuretés, on sépare les impuretés du fluide principal et on recycle le fluide principal à l'entiez de la colonne. 4- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, carattérisé en ce que la colonne est une colonne de chromatographie contenant des granulés poreux adsorbants ou revêtus d'une couche de liquide absorbant. 5- Procédé selon 11 une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le fluide principal est constitué d'un mélange de plusieurs fluides. 6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les fluides à mélanger sont des gaz. 7 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les fluides à mélanger sont liquides. 8 - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on dilue du butane dans de l'hélium. 9- Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que lton dilue de l'isopentana dans de l'hélium. 10 - Procédé selon la revendication 6,caractérisé en ce que l'on dilue du silane dans de l'hydrogène pur.