Monitoramento da impureza de metano em oxigênio de ultra alta pureza para a indústria de semicondutores.

- Garantia de qualidade do oxigênio produzido na unidade de separação de ar -

O oxigênio, com suas características altamente reativas para formar óxidos, desempenha um papel importante em muitos setores, como a indústria siderúrgica, a indústria da saúde, a indústria alimentícia, etc. Entre eles, destaca-se a indústria de semicondutores, com a formação de filmes dielétricos de porta/eletrodos de porta, aplicação que utiliza particularmente oxigênio de ultra-alta pureza (UHPO). A pureza do UHPO geralmente é de 99,9995% ou superior e é produzido principalmente em Unidades de Separação de Ar (ASU).

O ar atmosférico admitido na Unidade de Separação de Ar (ASU) é comprimido e passa por uma chamada "caixa fria". Durante o processo, os principais componentes do ar ambiente, como oxigênio, nitrogênio e argônio, são liquefeitos e separados em diferentes pontos de congelamento. Para garantir a segurança das operações e aumentar ainda mais a pureza do produto final, uma unidade de purificação adicional é utilizada ao final do processo.

Para garantir o funcionamento adequado do processo, são utilizados diversos equipamentos analíticos. Particularmente para a medição de metano (_CH4), o analisador de Detecção por Ionização de Chama (FID) é comumente utilizado; no entanto, existem diversos desafios, tais como:

O oxigênio afeta negativamente a reação de ionização da chama de hidrogênio, gerando _CO₂ e _H₂O por oxidação, o que resulta em um erro de medição significativo quando a concentração medida da impureza _CH₄ é tão baixa quanto o nível de ppb.
A ignição de primeira instalação (FID) requer hidrogênio como combustível, o que está relacionado ao risco para a gestão da segurança da instalação e ao custo operacional adicional.
Embora uma das alternativas comuns ao FID seja o método de infravermelho não dispersivo (NDIR), a sensibilidade requerida não é atendida em muitos casos.

Voz dos Departamentos de Controle de Qualidade

É difícil obter uma combustão estável da chama ao introduzir oxigênio puro no analisador FID.
O método FID requer hidrogênio como matéria-prima, o que está associado a riscos.
Métodos alternativos, como o NDIR, não conseguem medir níveis residuais de _CH4.

Solução da HORIBA

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Medição contínua de _CH4 com alta sensibilidade

A técnica NDIR de feixe duplo com modulação cruzada proporciona uma melhoria notável na deriva zero e na sensibilidade para o monitoramento em tempo real, em nível de ppb, de _CH4 em oxigênio puro.

Medição segura

A técnica NDIR não requer hidrogênio como gás auxiliar, garantindo a segurança da medição.

GA-370

Figura 1: Monitor de Traço de Gases GA-370

Tabela 1: Especificações
Gases medidos	CO, _CO₂, _CH₄
Faixas de medição	0-1/2/5/10 ppm
LDL	10 ppb
Intervalo selecionável	4 faixas
Repetibilidade	+/- 2% da escala completa
Linearidade	+/- 2% da escala completa
Desvio zero (semana)	+/- 0,03 ppm
Desvio de alcance (semana)	+/- 3% da escala completa

Solução HORIBA em Unidade de Separação de Ar

Figura 2: Unidade de Separação de Ar

Brochura relacionada

Princípio de Medição

Analisador de infravermelho não dispersivo (NDIR) de feixe duplo com modulação cruzada

Sabe-se que moléculas compostas por diferentes átomos absorvem luz infravermelha em uma faixa de comprimento de onda específica. O analisador de infravermelho não dispersivo (NDIR) utiliza essa propriedade física das moléculas e mede a absorção de luz infravermelha no comprimento de onda específico de CO, _CO₂ e/ou _CH₄ na amostra de gás, fornecendo uma medição contínua do valor da concentração.

Este método, conhecido como método modulação cruzada, difere da modulação convencional com um chopper por utilizar um mecanismo (mecanismo de modulação) no qual uma válvula solenoide é acionada em intervalos regulares para introduzir alternadamente o gás da amostra e o gás de referência na mesma célula de gás.

Este método modulação cruzada apresenta uma deriva muito pequena e produz um sinal de saída estável a longo prazo. Além disso, o diafragma do microfone condensador move-se para a esquerda e para a direita (dobrando a quantidade de sinal em comparação com o uso de um chopper), o que melhora a imunidade a ruídos. Ao contrário do chopper, não é necessário nenhum ajuste durante a manutenção do mecanismo de modulação.

Além disso, para reduzir os efeitos de interferência causados por gases interferentes com faixas de comprimento de onda próximas ao comprimento de onda específico absorvido pelo componente de medição, um detector de compensação para componentes interferentes é incorporado para obter uma medição altamente precisa da concentração de gás. A combinação da NDIR com um método modulação cruzada e um detector de compensação para o componente interferente possibilita medições de alta precisão na ordem de ppb.