氬氣的純化方法及純化裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術為氬氣的純化方法及純化裝置。在吸附處理的預處理階段降低氬氣的雜質含有率、減少純化所需的能耗、將氬氣純化至高純度。[解決方法]純化至少含有氧、氫、一氧化碳、烴、油分和氮作為雜質的氬氣時，使烴的一部分和油分吸附于活性炭。接著，如果氬氣中的氧量在與氬氣中的全部氫、一氧化碳和烴反應所需要的氧設定量以下，則添加氧使其量高于設定量，通過使用銠催化劑使所述反應發生。接著，以高于與該反應中殘留的全部氧反應所需要的設定量的條件在氬氣中添加一氧化碳，使用釕、銠或它們的混合物作為催化劑使所述反應發生。接著，通過變壓吸附法使氬氣中的一氧化碳、二氧化碳、水和氮吸附于吸附劑。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及對作為雜質至少含有氧、氫、一氧化碳、烴、油分和氮的氬氣進行純化的方法和裝置。
技術介紹
例如單晶硅提拉爐、陶瓷燒結爐、煉鋼用真空脫氣設備、太陽能電池用硅等離子體溶解裝置、多晶硅鑄造爐等設備中，氬氣被用作爐內氣氛氣體等。為了再利用而從這樣的設備回收的氬氣因混入氫、一氧化碳、空氣等而純度下降。于是，為了提高所回收的氬氣的純度，采用使混入的雜質吸附于吸附劑的方法。另外，為了高效地進行這樣的雜質吸附，提出了作為吸附處理的預處理使雜質中的氧與可燃成分反應而改性為二氧化碳和水的技術方案(參照專利文獻1、2)。專利文獻I公開的方法中，首先將氬氣中的氧量調節為比與氫、一氧化碳等可燃成分完全燃燒所需要的化學計算量略少。接著，使用使氫和氧的反應優先于一氧化碳和氧的反應的鈀或金作為催化劑，使氬氣中的氧與一氧化碳、氫等反應，從而在僅有一氧化碳殘留的狀態下生成二氧化碳和水。接著，在常溫下使氬氣所含的二氧化碳和水吸附于吸附劑，再在-10°C _50°C的溫度下使氬氣所含的一氧化碳和氮吸附于吸附劑。在專利文獻2所公開的方法中，通過使氬氣中的氧量為足以使氫、一氧化碳等可燃成分完全燃燒的量，接著使用鈀類催化劑使氬氣中的氧與一氧化碳、氫等反應，從而以氧殘留的狀態生成二氧化碳和水。接著，在常溫下使氬氣所含的二氧化碳和水吸附于吸附劑，再在-170°C左右的溫度下使氬氣所含的氧和氮吸附于吸附劑。專利文獻3所公開的方法中，從單晶制造爐等排出的氬氣中含有油分的情況下，使用裝有活性炭等的除油筒、除油過濾器除去該油分。接著，使引入催化劑筒的氬氣中的氧與添加氫反應從而轉化成水。接 著，吸附除去引入吸附筒的氬氣中的水與二氧化碳，然后通過精懼操作純化。專利文獻4所公開的方法中，為了純化含有一氧化碳、氫、氧、氮作為雜質的氬氣，通過使氬氣中的一氧化碳和氫與氧反應，在一氧化碳殘留的狀態下生成二氧化碳和水。接著，使氬氣中的二氧化碳、水、氮和一氧化碳在10 50°C吸附于吸附劑，在150 400°C下再生該吸附劑。此外，為了吸附氬氣中的氮，使用銅離子交換ZSM-5型沸石(銅離子交換率121%)作為吸附劑。現有技術文獻專利文獻專利文獻1:日本專利第3496079號公報專利文獻2:日本專利第3737900號公報專利文獻3:日本專利特開2000-88455號公報專利文獻4:日本專利特開2006-111506號公報
技術實現思路
專利文獻I記載的方法中，在預處理的第一階段的反應中以氬氣中殘留有一氧化碳的狀態生成二氧化碳和水。但是，氬氣中含有的烴較多的情況下，需要提高反應溫度，因此一氧化碳也與氧反應，難以使一氧化碳殘留。所以，由于在其后的常溫下的吸附處理中無法吸附除去氫，故而存在IS氣中的氫殘留從而無法將IS氣純化為高純度的問題。專利文獻2記載的方法中，在預處理階段使氬氣中作為雜質所含的氧量為足以使氫、一氧化碳等完全燃燒的量，從而以殘留有氧的狀態生成二氧化碳和水。但是，隨后，為了吸附該殘留的氧，需要使吸附時的溫度下降至-170°C左右。即，由于在吸附處理的預處理階段氧殘留，因此吸附處理時的冷卻能耗增大，存在純化負荷增大的問題。專利文獻3記載的方法中，通過將氬氣中所含的油分吸附于活性炭而除去。但是，回收氬氣時，例如為了保持氣密性等使用采用油的油密封旋轉真空泵之類的機器的情況下，產生油熱解的烴成分。即使有除油用油霧分離器，所述的烴成分也會從油霧分離器中逃逸。于是，來源于氬氣中所含的油分的烴變得非常多，其中甲烷多達數十ppm以上，碳數2 6的烴(C2 C6)以碳數I的烴(Cl)換算多達數百ppm以上。由于甲烷不能被活性炭吸附，碳數2 6的烴也幾乎不會被吸附于活性炭從而從催化劑筒中逃逸，因此存在之后的精餾負荷增大的缺點。專利文獻4中，沒有公開任何有關除去氬氣中含有的油分和由油分分解產生的烴的內容。本專利技術的目的在于提供可解決如上所述的現有技術的問題的氬氣的純化方法和純化裝置。本專利技術是純化氬氣的方法，所述氬氣是至少含有氧、氫、一氧化碳、烴、油分和氮作為雜質的氬氣，其特征在于，使所述氬氣中的烴的一部分和油分吸附于活性炭，接著，判斷所述氬氣中的氧量是否高于與所述氬氣中的全部氫、一氧化碳和烴反應所需要的設定量，所述氬氣中的氧量為所述設定量以下的情況下，添加氧使其量高于所述設定量，接著，通過使用銠作為第一反應用催化劑使所述氬氣中的一氧化碳、氫和烴與氧反應，以氧殘留的狀態生成二氧化碳和水，接著，以所述氬氣中的一氧化碳量高于與該殘留的全部氧反應所需要的設定量的條件添加一氧化碳，接著，通過使用釕、銠或它們的混合物作為第二反應用催化劑使所述氬氣中的氧和一氧化碳反應，以一氧化碳殘留的狀態生成二氧化碳，接著，通過變壓吸附法使所述氬氣中的至少一氧化碳、二氧化碳、水和氮吸附于吸附劑。根據本專利技術，氬氣中含有的油分被活性炭吸附，而且來源于油分的烴的一部分也被活性炭吸附，特別是碳數為I 6以外的烴被更有效地吸附。由此，通過減少氬氣中的烴量，能夠在后續工序中減少由烴與氧反應而生成的水和二氧化碳的量，減輕之后的吸附負荷。此外，通過使用銠作為第一反應用催化劑使氬氣中的氫、一氧化碳和烴與氧反應，以過量的氧殘留的狀態生成二氧化碳和水。由于作為第一反應用催化劑使用的銠的耐熱性好、反應性高，因此氬氣中含有較多甲烷之類的低級烴的情況下，能夠提高反應溫度使反應充分進行，有效降低氬氣中的烴。通過使用釕、銠或它們的混合物作為第二反應用催化劑使所述殘留氧與新添加的一氧化碳反應，以一氧化碳殘留的狀態生成二氧 化碳。由此除去氬氣中的氧。通過使用釕、銠或它們的混合物作為第二反應用催化劑，可以抑制水與一氧化碳的反應、抑制氫的生成。由此，在采用變壓吸附法進行吸附處理的預處理階段，可以防止吸附處理中難以除去的氫殘留在氬氣中，可以將氬氣純化為高純度。此外，由于可以在采用變壓吸附法進行吸附處理的預處理階段從氬氣中除去氧，因此可以降低純化負荷，有效地除去雜質。本專利技術的裝置是純化至少含有氧、氫、一氧化碳、烴、油分和氮作為雜質的氬氣的裝置，其特征在于，具有:導入所述氬氣的活性炭吸附塔、導入從所述活性炭吸附塔流出的氬氣的第一反應器、能夠在導入所述第一反應器的氬氣中添加氧的氧供給器，導入從所述第一反應器流出的氬氣的第二反應器、能夠在導入所述第二反應器的氬氣中添加一氧化碳的一氧化碳供給器以及導入從所述第二反應器流出的氬氣的吸附裝置，所述活性炭吸附塔中收納所述吸附氬氣中的烴的一部分和油分的活性炭，所述第一反應器中收納銠作為使所述氬氣中的一氧化碳、氫和烴與氧反應的第一反應用催化劑，所述第二反應器中收納釕、銠或它們的混合物作為使所述氬氣中的氧和一氧化碳反應的第二反應用催化劑，所述吸附裝置具有采用變壓吸附法吸附所述氬氣中的至少一氧化碳、二氧化碳、水和氮的PSA單元。采用本專利技術的裝置則可以實施本專利技術的方法。本專利技術的方法中，優選在使用了所述第一反應用催化劑的反應和使用了第二反應用催化劑的反應之間通過使用了脫水裝置的脫水處理使所述氬氣中的水分含有率降低。由此，不僅可以通過使用釕、銠或它們的混合物作為第二反應用催化劑來抑制氫的生成，還可以更可靠地防止氫的生成。即，通過在使用了第二反應用催化劑的反應前使用脫水裝置降低氬氣 中的水分量從而水分量的絕對值降低，根據水分本文檔來自技高網...

【技術保護點】
氬氣的純化方法，所述氬氣是至少含有氧、氫、一氧化碳、烴、油分和氮作為雜質的氬氣，其特征在于，使所述氬氣中的烴的一部分和油分吸附于活性炭，接著，判斷所述氬氣中的氧量是否高于與所述氬氣中的全部氫、一氧化碳和烴反應所需要的設定量，所述氬氣中的氧量為所述設定量以下的情況下，添加氧使其量高于所述設定量，接著，通過使用銠作為第一反應用催化劑使所述氬氣中的一氧化碳、氫和烴與氧反應，以氧殘留的狀態生成二氧化碳和水，接著，以所述氬氣中的一氧化碳量高于與該殘留的全部氧反應所需要的設定量的條件添加一氧化碳，接著，通過使用釕、銠或它們的混合物作為第二反應用催化劑使所述氬氣中的氧和一氧化碳反應，以一氧化碳殘留的狀態生成二氧化碳，接著，通過變壓吸附法使所述氬氣中的至少一氧化碳、二氧化碳、水和氮吸附于吸附劑。

【技術特征摘要】
2012.01.31 JP 2012-0181781.氬氣的純化方法，所述氬氣是至少含有氧、氫、一氧化碳、烴、油分和氮作為雜質的氬氣，其特征在于， 使所述氬氣中的烴的一部分和油分吸附于活性炭， 接著，判斷所述氬氣中的氧量是否高于與所述氬氣中的全部氫、一氧化碳和烴反應所需要的設定量， 所述氬氣中的氧量為所述設定量以下的情況下，添加氧使其量高于所述設定量， 接著，通過使用銠作為第一反應用催化劑使所述氬氣中的一氧化碳、氫和烴與氧反應，以氧殘留的狀態生成二氧化碳和水， 接著，以所述氬氣中的一氧化碳量高于與該殘留的全部氧反應所需要的設定量的條件添加一氧化碳， 接著，通過使用釕、銠或它們的混合物作為第二反應用催化劑使所述氬氣中的氧和一氧化碳反應，以一 氧化碳殘留的狀態生成二氧化碳， 接著，通過變壓吸附法使所述氬氣中的至少一氧化碳、二氧化碳、水和氮吸附于吸附劑。2.如權利要求1所述的氬氣的純化方法，其特征在于，在使用了所述第一反應用催化劑的反應和使用了所述第二反應用催化劑的反應之間，通過使用了脫水裝置的脫水處理使所述氬氣中的水分含有率降低。3.如權利要求1或2所述的氬氣的純化方法，其特征在于，使用活性氧化鋁和X型沸石作為用于所述變壓吸附法的所述吸附劑。4.如權利要求3所述的氬氣的純化方法，其特征在于，將所述活性氧化鋁與所述X型沸石配置成層狀，使所述活性氧化鋁與所述X型沸石的重量比為5/95 30/70。5.如權利要求1或2所述的氬氣的純化方法，其特征在于，在利用所述變壓吸附法的吸附后，通過-10°c -50°c的變溫吸附法使所述氬氣中...

【專利技術屬性】
技術研發人員：山本守彥，中谷光利，岸井充，志摩康一，
申請(專利權)人：住友精化株式會社，
類型：發明
國別省市：