氣體的純化方法和氣體純化裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術提供一種氣體純化方法，其特征在于，具備：使原料氣體與催化劑接觸生成二氧化碳和水的工序；使接觸所述催化劑后的所述原料氣體與水分吸附劑接觸而除去水的工序；使除去所述水后的所述原料氣體與鎳催化劑接觸而除去反應殘留物氧的工序；和使除去所述氧后的所述原料氣體與含有0.1～10wt％鈉的氧化鋁接觸而除去二氧化碳的工序。根據本發明專利技術，在除去包括氮氣或稀有氣體的原料氣體中的烴類、氫、一氧化碳、二氧化碳、氧和水而純化時，可使純化裝置小型化，可減少昂貴鎳催化劑的填充量，可降低純化成本。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及除去半導體制造等中使用的氮氣、氬氣等不活潑氣體中含有的烴類、 氫、一氧化碳、二氧化碳、氧和水而進行純化的方法及該裝置。
技術介紹
半導體制造工藝中需要氮氣、氬氣等高純度不活潑氣體。這些不活潑氣體通常由深冷式空氣分離裝置制造。由深冷式空氣分離裝置制造的不活潑氣體中含有作為雜質的 PPm ppb級的甲烷、氫、一氧化碳、二氧化碳、氧和水等。近年隨著半導體的高集成化，期待半導體制造工藝中使用的不活潑氣體中的雜質濃度為PPb以下。因此，需要進一步純化不活潑氣體的原料氣體，但難以有效地除去原料氣體中包含的烴類。此外，近年隨著半導體工廠的大規模化，不活潑氣體的用量也大幅增加。隨之，促進了大型不活潑氣體純化設備的引入，但隨著半導體的激烈的價格競爭，強烈期待不活潑氣體純化設備的成本降低。作為除去原料氣體中的微量雜質而進行純化的方法，已知有專利文獻1。專利文獻 1中提出了用催化劑將烴類、一氧化碳、氧和氫轉化成碳酸氣體和水后，在催化劑層除去氧， 在第一吸附層除去二氧化碳，在第二吸附層除去水分的方法。然而，該方法中由于催化劑與原料氣體反應產生大量水分，所以在該影響下存在催化劑層中的氧除去效率降低的問題。作為純化原料氣體的其它方法，專利文獻2提出了使用鋯吸氣劑的雜質除去方法。然而，由于鋯吸氣劑昂貴且不可再生，所以該方法不適用于大量的原料氣體純化。專利文獻3中公開了用還原金屬除去原料氣體中的氧和一氧化碳，接著，用沸石等吸附劑除去二氧化碳和水的方法。該方法中，可用氫氣使吸附雜質后的還原金屬再生，因而可再利用還原金屬。然而，原料氣體中的二氧化碳分壓為ppb級時，沸石的二氧化碳吸附量變得非常少。因此，在純化大量的不活潑氣體時，需要大量的沸石，從而成為裝置大型化且成本上升的主要原因。專利文獻4中公開了用氧化鋅除去原料氣體中的二氧化碳后，用鎳催化劑或銅催化劑除去氧和一氧化碳，進而用合成沸石除去水的方法。在此純化方法中，通過鎳催化劑除去一氧化碳和氧時，由其催化作用產生微量的二氧化碳。因此，需要大量填充用于再次吸附因催化作用產生的二氧化碳的合成沸石。因此，吸附塔變大，從而不活潑氣體純化設備的成本上升。在專利文獻5和專利文獻6中，公開了用氧化鋁除去原料氣體中的二氧化碳的方法。不管是哪一種方法，均記載了通過使氧化鋁含有堿金屬、土族金屬來增加氧化鋁對二氧化碳的吸附量。然而，不管是哪一種方法，均以空氣中的二氧化碳、即400ppm左右的高濃度二氧化碳為除去對象，而沒有對低濃度二氧化碳進行吸附處理的見解。進而，在400ppm左3右的高濃度二氧化碳的吸附處理中，沸石比氧化鋁更多地吸附二氧化碳。因此，以往在純化裝置中，主要使用沸石作為二氧化碳吸附劑。在上述現有專利技術方法中，為了純化大量的原料氣體，均需要對應它的較大的吸附塔。此外，由于吸附劑昂貴，制造成本變高。因此，期望有效地純化大量不活潑氣體的方法。專利文獻1 日本專利第沈40513號公報專利文獻2 日本專利第2741622號公報專利文獻3 日本專利第沈02670號公報專利文獻4 日本專利第3462604號公報專利文獻5 日本特開平11-518號公報專利文獻6 日本特開2001-104737號公報
技術實現思路
本專利技術的課題在于，在包括氮氣或稀有氣體的原料氣體的純化中，除去烴類、氫、 一氧化碳、二氧化碳、氧和水時，可使純化裝置小型化，可減少昂貴的催化劑的填充量，可降低純化成本。為了解決此課題，本專利技術的第一方式為氣體純化方法，除去包括氮氣或稀有氣體的原料氣體中的烴類、氫、一氧化碳、二氧化碳、氧和水，其特征在于，具備使所述原料氣體與催化劑接觸，使所述烴類、氫和一氧化碳與氧化性氣體反應，從而生成二氧化碳和水的工序；使接觸所述催化劑之后的所述原料氣體與水分吸附劑接觸，從而除去水的工序；使除去所述水之后的所述原料氣體與鎳催化劑接觸，從而除去反應殘留物氧的工序；和使除去所述氧之后的所述原料氣體與含有0. 1 10wt%鈉的氧化鋁接觸，從而除去二氧化碳的工序。第二方式為第一方式的氣體純化方法，其特征在于，相對于與所述催化劑反應的烴類、氫和一氧化碳的量，能以化學計量進行氧化的量以上的氧化性氣體未含有在所述原料氣體中時，向所述原料氣體供給氧化性氣體直至達到能以化學計量氧化所述烴類、氫和一氧化碳的量以上的量之后，使所述原料氣體與所述催化劑接觸。第三方式為第一方式或第二方式的氣體純化方法，其特征在于，所述原料氣體中的二氧化碳分壓為19 以下。第四方式為第一方式至第三方式中任意一種的氣體純化方法，其特征在于，所述鎳催化劑的體積換算的填充量為Va(L)，所述氧化鋁的體積換算的填充量為Vb(L)時，它們的填充量比(Va/Vb)滿足Va/Vb < 1的關系。第五方式為第一方式至第四方式中任意一種的氣體純化方法，其特征在于，所述催化劑在由活性氧化鋁、硅藻土、活性炭中的任意一種或兩種以上構成的載體上擔載有 0. 01 Pt、Pd、Ru、Ag、Cu、Mn中的任意一種或兩種以上。第六方式為第一方式至第五方式中任意一種的氣體純化方法，其特征在于，所述氧化性氣體為氧。第七方式為第一方式至第六方式中任意一種的氣體純化方法，其特征在于，所述烴類為甲烷。第八方式為氣體純化裝置，除去包括氮氣或稀有氣體的原料氣體中的烴類、氫、一氧化碳、二氧化碳、氧和誰，其特征在于，具備填充有催化劑的催化劑塔；和在所述催化劑塔的下游側設置的、從所述原料氣體的流入側向流出側依次填充有水分吸附劑、鎳催化劑和含有鈉的氧化鋁的吸附塔。本專利技術的氣體純化方法通過使包括氮氣或稀有氣體的原料氣體與催化劑接觸，從而預先使原料氣體中的烴類、氫和一氧化碳與氧化性氣體反應而轉化成二氧化碳和水。因此，不同于未利用催化劑接觸的以往的純化方法，可使原料氣體中的烴類成為二氧化碳和水除去。通過使接觸催化劑后的原料氣體與水分吸附劑接觸，可除去原料氣體中的水。因此，可防止在水分吸附劑的下游側設置的鎳催化劑因水而降低功能。此外，由于使氫和一氧化碳與氧化性氣體反應，所以可通過鎳催化劑僅除去反應殘留物氧。因此，鎳催化劑的填充量可為僅能除去反應殘留物氧的量，相比現有方法也更能減少填充量。以往由于沸石對二氧化碳的吸附量少，所以也用Ni催化劑吸附二氧化碳，但由于含有鈉的氧化鋁對二氧化碳的吸附量多，所以Ni催化劑僅填充用于吸附氧的所需量即可， 從而可大幅降低填充量。因此，昂貴的鎳催化劑的填充量減少，廉價的含有鈉的活性氧化鋁的填充量增加。 因此，降低不活潑氣體的制造成本的同時，可實現純化裝置的小型化。原料氣體中未含有相對于與催化劑反應的烴類、氫和一氧化碳的量能以化學計量進行氧化的量以上的氧化性氣體時，優選向所述原料氣體供給氧化性氣體直至達到能以化學計量氧化氫和一氧化碳的量以上的量。由此，可將原料氣體中的烴類、氫和一氧化碳全部轉化成二氧化碳和水。因此，無需用于除去氫和一氧化碳的鎳催化劑，從而可抑制鎳催化劑的填充量增加。此外，優選除去氧之后的原料氣體中的二氧化碳分壓為19 以下。含有鈉的活性氧化鋁在二氧化碳分壓為19 以下時，可比沸石催化劑更有效地除去二氧化碳。因此，可減少含有鈉的活性氧化鋁的填充量，從而可實現純化裝置的小型化。鎳催化劑的體積換算的填充量為Va(L)，氧化鋁的體積換算的填充量為Vb(L)時，本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：足立貴義，藤江和彥，
申請(專利權)人：大陽日酸株式會社，
類型：發明
國別省市：