CN110234413A - 液化气体的精制方法和装置 - Google Patents
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Abstract
液化气体的精制装置包括：收纳有含杂质的粗制液化气体的气瓶(1)、向该气瓶(1)施加超声波的超声波发生装置(2)、用于从上述气瓶(1)中排出气相成分的与该气瓶(1)连接的配管(6)、和调节经由该配管(6)排出的气相成分的流量的流量调节器(4)。
Description
技术领域
本发明涉及液化气体的精制方法和装置，特别是涉及从收纳有粗制液化气体的气瓶中除去杂质气体的方法和装置。
背景技术
在半导体制造工艺中，有时使用氨或丙烯等的液化气体。对于在半导体制造中使用的液化气体而言，从维持所制造的半导体器件的特性的观点出发，需要为高纯度。高纯度液化气体通常通过从粗制液化气体中除去杂质而制造。作为除去粗制液化气体中的杂质的方法，已知蒸馏、吸附、吸收、利用分离膜等的方法。
例如，专利文献1中公开了通过精密蒸馏除去粗制氨中所含的烃化合物的技术。但是，在利用精密蒸馏的方法中，需要精密蒸馏塔，设备费用的初始投资增大。并且，伴随重沸器或冷凝器的使用，在使液化气体暂时气化之后，需要使其再次液化，因而存在能量消耗量增大的问题。
在专利文献2中，公开了一种获取酸性气体的技术，通过利用离子性液体吸收混合气体中所含的酸性气体并使压力降低，从而除去非酸性气体。但是，在上述精制技术中，根据气体种类，需要变更吸收液，并且，根据吸收液的种类，可能需要在吸收、释放工序后进行脱水工序，存在工序管理变得繁杂的问题。
另外，对于作为制品的液化气体而言，由于搬运到消耗处等的便利性，通常在收纳于规定的耐压容器(气瓶)中的状态下操作。但是，在将液化气体收纳到气瓶中的过程中，有时会混入低沸点杂质。此时，需要打开气瓶的阀门将杂质气体排出，但该低沸点杂质气体的排出需要长时间。并且，在排出低沸点杂质气体时，作为制品的液化气体的一部也发生气化而与杂质一起被排出。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014－125383号公报
专利文献2：日本特开2006－36950号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
本发明是在这样的状况下研究出来的，主要的技术问题在于提供一种适于有效地从收纳有粗制液化气体的气瓶中除去杂质的精制方法和装置。
用于解决技术问题的技术手段
本发明的发明人发现，在将填充有液化气体的气瓶内的气相部的气体排出以除去低沸点杂质时，通过向气瓶照射超声波，能够有效地除去低沸点杂质，从而完成了本发明。
根据本发明的第一方面，提供一种液化气体的精制方法。该液化气体的精制方法包括：对收纳有含杂质的粗制液化气体的气瓶照射超声波的超声波处理工序；和从所述气瓶中排出气相成分的气体排出工序。
优选上述液化气体为选自氨、一氧化二氮、氯化氢、二氯硅烷、乙烯、丙烯、丙烷、硫化氢、四氟化碳、二氧化硫、二氧化碳、三氯化硼、氯、二氧化氮、六氟化硫、乙烷、1－丁烯、异丁烯、正丁烷、异丁烷、氯甲烷、氯乙烷、二甲醚、氯乙烯、溴化氢中的任一种。
优选所述液化气体的标准大气压下的沸点为－70℃以上且低于0℃。
优选在所述超声波处理工序中，经由液态介质向所述气瓶照射超声波。
优选同时并行地进行所述气体排出工序和所述超声波处理工序。
优选超声波的频率为40～100kHz。
优选液化气体的精制方法还包括对所述气体排出工序中排出的气相成分进行分析的工序，在该气相成分中所含的气相杂质的浓度降低至低于规定值时，停止所述气体排出工序和所述超声波处理工序。
根据本发明的第二方面，提供一种液化气体的精制装置。该液化气体的精制装置包括：收纳有含杂质的粗制液化气体的气瓶；向该气瓶施加超声波的超声波发生装置；用于从所述气瓶中排出气相成分的、与该气瓶连接的配管；和调节经由该配管排出的气相成分的流量的流量调节器。
优选上述气瓶具有容器阀，所述容器阀包括在规定温度以上熔融的易熔塞。
优选所述超声波发生装置包括收纳液态介质的容器、和经由该液态介质向所述气瓶施加超声波的超声波振荡器。
优选液化气体的精制装置还包括用于将所述液态介质调节至规定温度的冷机。
优选液化气体的精制装置还包括用于对从所述气瓶排出的气相成分进行分析的、与所述配管连接的分析装置。
优选上述配管具有减压阀。
通过参照附图进行了以下的详细说明，本发明的其他的特征一级优点将更为明确。
附图说明
图1表示能够用于实施本发明的液化气体的精制方法的精制装置的示意构成。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的优选实施方式进行具体的说明。
图1表示能够用于实施本发明的液化气体的精制方法的精制装置X的示意构成。本实施方式的精制装置X包括气瓶1、超声波发生装置2、冷机3、流量调节器4、分析装置5和配管6。
气瓶1例如填充有作为制品的高纯度液化气体。气瓶1包括容器本体11、和与该容器本体11连接的容器阀12。
容器本体11是具有规定容量的耐压容器，例如为铁或铁合金等金属制品。容器阀12与配管6连接，通过手柄的操作切换与配管6的连接流路的开关。容器本体11在容器阀12关闭的状态，能够以维持密闭状态地相对于配管6(后述的管路61)进行装拆。
容器阀12包括易熔塞(图示略)。该易熔塞在达到规定的工作温度以上时发生熔融而开塞，由此能够将容器本体11内部的气体向外部释放。上述易熔塞例如含有在工作温度以上发生熔融的可熔金属，发挥作为防止气瓶1(容器本体11)内达到过度的高压状态的安全阀的功能。上述易熔塞的工作温度与气瓶1(容器本体11)内所填充的液化气体的种类对应地设定。例示上述易熔塞的工作温度，在所填充的液化气体为液化氨时为57℃，为液化二氧化硫时为58℃。
超声波发生装置2用于向气瓶1照射超声波。本实施方式的超声波发生装置2包括未图示的超声波振荡器、和上部开口的容器21，该容器21内收纳有用于传导超声波的液态介质22。在本实施方式中，气瓶1(容器本体11)浸渍在该液态介质22中。
冷机3用于将容器21内的液态介质22调节为规定的温度。冷机3使维持在规定液温的冷却水在容器21内循环。
配管6具有管路61、62。管路61的一端部与气瓶1连接，另一端部与分析装置5连接。管路61上，从气瓶1侧向分析装置5侧依次设有减压阀71、流量调节器4和针阀72。
管路62相对于管路61分支状地延伸。管路62的一端在流量调节器4和针阀72之间与管路61连接，另一端向大气中开放。管路62设有开关阀73。
流量调节器4将从气瓶1排出的气体控制为规定的流量。作为流量调节器4，例如适合使用质量流量控制器。由此，能够利用流量调节器4一边测定从气瓶1排出后在管路61内流通的气体的流量，一边控制该流量。
分析装置5测定从气瓶1排出的气体成分的浓度。
在使用上述构成的精制装置X对气瓶1内的液化气体进行精制时，一边利用超声波发生装置2向气瓶1照射超声波，一边释放(排出)气瓶1内的气相成分。
作为气瓶1中收纳的液化气体，例如可以列举氨、一氧化二氮、氯化氢、二氯硅烷、乙烯、丙烯、丙烷、硫化氢、四氟化碳、二氧化硫、二氧化碳、三氯化硼、氯、二氧化氮、六氟化硫、乙烷、1－丁烯、异丁烯、正丁烷、异丁烷、氯甲烷、氯乙烷、二甲醚、氯乙烯、溴化氢。
在本实施方式中，气瓶1的内容物是含有液化气体和低沸点杂质的粗制液化气体。粗制液化气体中的液化气体的浓度例如为90vol％以上、优选为95vol％以上、更优选为98vol％以上。粗制液化气体中的液化气体的浓度过低时(例如低于90vol％)，释放的液化气体的量变得过多，从经济观点来看不优选。作为低沸点杂质，例如可以列举氮、氧或二氧化碳等来自空气的成分。
液化气体的标准大气压(101.3kPa)下的沸点低于0℃。该沸点在0℃以上时，液化气体的蒸气压低，因而难以确保释放气相成分时的流量。并且，液化气体的标准大气压下的沸点优选为－70℃以上。该沸点低于－70℃时，在作为杂质含有二氧化碳时，可能难以利用释放气相成分进行精制。
从气瓶1排出气相成分时的流量与气瓶的截面积成比例。例如，在气瓶1的容积为10L且该气瓶1的截面积为140cm2时，排出气相成分的流量优选为0.01～10L/min。该流量低于0.01L/min时，液化气体的精制时间延长。流量超过10L/min时，可能导致排出的气相成分中混入有大量的液化气体。
在超声波发生装置2中，容器21内的液态介质22优选为中性，更优选为中性的水。在液态介质22不为中性的情况下，不仅可能导致气瓶1腐蚀，而且在精制操作完成后需要进行气瓶1清洗的必要性提高，可能导致操作工序变得繁杂。
在本实施方式中，关于向气瓶1(容器本体11)照射的超声波的频率，从促进空穴现象以及提高精制效果的观点来看，优选为40～100kHz的范围。该频率低于40kHz时，气缸容器容易受到损伤；该频率高于100kHz时，存在利用超声波除去气相杂质的效果减弱的可能性。
超声波发生装置2中的液态介质22的温度例如设为0～40℃，优选设为20～40℃。液态介质22的温度超过40℃时，可能导致气瓶1的易熔塞发生熔融。液态介质22的温度低于0℃时，可能导致气相成分的释放速度下降，另外，在使用水作为液态介质22的情况下，水会发生凝固，利用超声波进行的粗制液化气体的精制效率降低。
另外，在向气瓶1照射超声波的操作(超声波处理工序)中，超声波可以直接向气瓶1照射，也可以经由液态介质22向气瓶1照射。但是，从效率性方面来说，优选经由液态介质22向气瓶1照射超声波。
对气瓶1内的气相部的气体进行释放(排出)的操作(气体排出工序)可以连续地实施，也可以间断地实施。同样，向气瓶1照射超声波的操作(超声波处理工序)可以连续地实施，也可以间断地实施。并且，气体排出工序和超声波处理工序可以同时实施，也可以单独地依次地实施。
根据本实施方式的气瓶1的精制方法，通过向收纳有粗制液化气体的气瓶1照射超声波，能够有效地除去低沸点杂质。
精制后的气瓶1内的制品液化气体的浓度根据用途选择，例如为99.9％、99.99％、99.999％或99.9999％等。可以利用分析装置5分析气瓶1的气相杂质的浓度，在达到目的浓度的时刻，结束对上述气相成分进行释放(排出)的操作(气体排出工序)即可。其中，在从气瓶1释放的气相成分的流量多时，可以将气相杂质的一部分(不送往分析装置5的部分)经由管路62释放到大气中。
以上说明了本发明的具体的实施方式，但是在不脱离发明的思想的范围内可以进行各种变更。本发明的液化气体的精制方法、以及用于实施该精制方法的精制装置的具体的构成，可以为不同于上述实施方式的构成。
实施例
下面利用实施例和比较例说明本发明的有效性。
〔实施例1〕
在实施例1中，使用图1所示的精制装置X进行液化气体的精制。所使用的气瓶1(容器本体11)的容积为10L，在精制处理前的气瓶1中，以初始填充量5kg填充有作为粗制液化气体的粗制氨。以该气瓶1在超声波发生装置2(AS ONE Corporation生产的ASU－20M)的容器21内的水(液态介质22)中浸渍至水深5cm的方式设置。在超声波发生装置2运转期间，容器21内的水温升高，因而利用冷机3将该水温调节至25℃。
然后，在实施例1中，将气瓶1内的气相成分以250ml/min的流量连续地排出，利用作为分析装置5的气相色谱(岛津制作所株式会社生产的GC－2014)进行分析，在开始气相成分的释放后1.5小时之后，气相氧浓度和气相氮浓度下降至低于定量下限(低于1volppm)。将实施例1的结果示于表1。
〔实施例2〕
在实施例2中，与实施例1同样地使用精制装置X，以填充有粗制氨的气瓶1(容积：10L、初始填充量5kg)在超声波发生装置2(AS ONE Corporation生产的ASU－20M)的容器21内的水(液态介质22)中浸渍至水深5cm的方式设置。在超声波发生装置2运转期间，利用冷机3将容器21内的水温调节至25℃。在实施例2中，作为与上述实施例1不同的点，在进行15分钟释放后，停止释放15分钟，重复进行该操作。即，间断地进行气体排出工序。
然后，在实施例2中，将气瓶1内的气相成分以250ml/min的流量排出，利用作为分析装置5的气相色谱(岛津制作所株式会社生产的GC－2014)进行分析，在开始气相成分的释放后3小时之后，气相氧浓度和气相氮浓度下降至低于定量下限(低于1volppm)。将实施例2的结果示于表1。
〔比较例1〕
在比较例1中，与实施例1同样地使用精制装置X，以填充有粗制氨的气瓶1(容积：10L、初始填充量5kg)在容器21内的水(液态介质22)中浸渍至水深5cm的方式设置。但是，作为与实施例1的不同点，在比较例1中不启动超声波发生装置2，不向气瓶1照射超声波。
然后，在比较例1中，将气瓶1内的气相成分以250ml/min的流量连续地排出，利用作为分析装置5的气相色谱(岛津制作所株式会社生产的GC－2014)进行分析，在开始气相成分的释放后3小时之后，气相氧浓度为1.5volppm、气相氮浓度为52volppm。将比较例1的结果示于表1。
[表1]
〔实施例3〕
在实施例3中，与实施例1同样地使用精制装置X进行液化气体的精制，但气瓶1中填充的液化气体的种类不同，伴随于此，改变实施例1中的各种条件。在实施例3中，以填充有粗制二氧化硫的液化气体气瓶(容积：3.4L、初始填充量4kg)在超声波发生装置2(AS ONECorporation生产的ASU－20M)的容器21内的水(液态介质22)中浸渍至水深5cm的方式设置。在超声波发生装置2运转期间，利用冷机3将容器21内的水温调节至25℃。
然后，在实施例3中，将气瓶1内的气相成分以350ml/min的流量连续地排出，利用作为分析装置5的气相色谱(岛津制作所株式会社生产的GC－2014)进行分析，在开始气相成分的释放后3小时之后，气相氧浓度和气相氮浓度下降至低于定量下限(低于1volppm)。将实施例3的结果示于表2。
〔比较例2〕
在比较例2中，与实施例3同样地使用精制装置X，以填充有粗制二氧化硫的气瓶1(容积：3.4L、初始填充量4kg)在容器21内的水(液态介质22)中浸渍至水深5cm的方式设置。但是，作为与实施例3的不同点，在比较例2中不启动超声波发生装置2，不向气瓶1照射超声波
然后，在比较例2中，将气瓶1内的气相成分以350ml/min的流量连续地排出，利用作为分析装置5的气相色谱(岛津制作所株式会社生产的GC－2014)进行分析，在开始气相成分的释放后3小时之后，气相氧浓度为48volppm、气相氮浓度为59volppm。进一步实施3小时的气相部气体的释放，各杂质浓度在1volppm以上。将比较例2的结果示于表2。
[表2]
符号说明
X：精制装置；
1：气瓶；
11：容器本体；
12：容器阀；
2：超声波发生装置；
21：容器；
22：液态介质；
3：冷机；
4：流量调节器；
5：分析装置；
6：配管；
61：管路；
62：管路；
71：减压阀；
72：针阀；
73：开关阀。
Claims (14)
1.一种液化气体的精制方法，其特征在于，包括：
对收纳有含杂质的粗制液化气体的气瓶照射超声波的超声波处理工序；和
从所述气瓶中排出气相成分的气体排出工序。
2.如权利要求1所述的液化气体的精制方法，其特征在于：
所述液化气体为选自氨、一氧化二氮、氯化氢、二氯硅烷、乙烯、丙烯、丙烷、硫化氢、四氟化碳、二氧化硫、二氧化碳、三氯化硼、氯、二氧化氮、六氟化硫、乙烷、1－丁烯、异丁烯、正丁烷、异丁烷、氯甲烷、氯乙烷、二甲醚、氯乙烯、溴化氢中的任一种。
3.如权利要求2所述的液化气体的精制方法，其特征在于：
所述液化气体的标准大气压下的沸点为－70℃以上且低于0℃。
4.如权利要求1～3中任一项所述的液化气体的精制方法，其特征在于：
在所述超声波处理工序中，经由液态介质向所述气瓶照射超声波。
5.如权利要求1～4中任一项所述的液化气体的精制方法，其特征在于：
同时并行地进行所述气体排出工序和所述超声波处理工序。
6.如权利要求1～5中任一项所述的液化气体的精制方法，其特征在于：
超声波的频率为40～100kHz。
7.如权利要求1～6中任一项所述的液化气体的精制方法，其特征在于：
还包括对所述气体排出工序中排出的气相成分进行分析的工序，
在该气相成分中所含的气相杂质的浓度降低至低于规定值时，停止所述气体排出工序和所述超声波处理工序。
8.一种液化气体的精制装置，其特征在于，包括：
收纳有含杂质的粗制液化气体的气瓶；
向该气瓶施加超声波的超声波发生装置；
用于从所述气瓶中排出气相成分的、与该气瓶连接的配管；和
调节经由该配管排出的气相成分的流量的流量调节器。
9.如权利要求8所述的液化气体的精制装置，其特征在于：
所述液化气体为选自氨、一氧化二氮、氯化氢、二氯硅烷、乙烯、丙烯、丙烷、硫化氢、四氟化碳、二氧化硫、二氧化碳、三氯化硼、氯、二氧化氮、六氟化硫、乙烷、1－丁烯、异丁烯、正丁烷、异丁烷、氯甲烷、氯乙烷、二甲醚、氯乙烯、溴化氢中的任一种。
10.如权利要求8或9所述的液化气体的精制装置，其特征在于：
所述气瓶具有容器阀，所述容器阀包括在规定温度以上熔融的易熔塞。
11.如权利要求8～10中任一项所述的液化气体的精制装置，其特征在于：
所述超声波发生装置包括收纳液态介质的容器、和经由该液态介质向所述气瓶施加超声波的超声波振荡器。
12.如权利要求8～11中任一项所述的液化气体的精制装置，其特征在于：
还包括用于将所述液态介质调节至规定温度的冷机。
13.如权利要求8～12中任一项所述的液化气体的精制装置，其特征在于：
还包括用于对从所述气瓶排出的气相成分进行分析的、与所述配管连接的分析装置。
14.如权利要求8～13中任一项所述的液化气体的精制装置，其特征在于：
所述配管具有减压阀。
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