CN111491711A - 提纯气体的制造装置以及提纯气体的制造方法 - Google Patents

提纯气体的制造装置以及提纯气体的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种提纯气体的制造装置、以及提纯气体的制造方法，所述提纯气体的制造装置具备用于将原料气体中的至少可燃成分在氧存在下供于催化反应的催化塔、和用于除去经过催化塔的原料气体中的至少水分和氧而得到提纯气体的提纯塔，提纯塔包括第1区域和第2区域，第1区域是将原料气体中的至少水分吸附除去的区域，第2区域是将经过第1区域的原料气体中的至少氧除去而得到提纯气体的区域。

Description

提纯气体的制造装置以及提纯气体的制造方法
技术领域
本发明涉及提纯气体的制造装置以及提纯气体的制造方法。
背景技术
日本特公平03-7603(专利文献1)公开了以下内容，为了除去稀有气体等不活泼气体中包含的可燃成分，在氧存在下使不活泼气体与金属催化剂接触，从而将可燃成分烧掉除去的杂质燃烧方法。
日本特开平7-31877号公报(专利文献2)公开了以下内容，通过使包含氧和水分作为杂质的不活泼气体与以镍等为主成分的吸气剂在加热条件下接触从而从不活泼气体中除去氧，然后将不活泼气体中残留的水分在常温下吸附除去，来制造提纯气体。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特公平03-7603号公报
专利文献2：日本特开平7-31877号公报
发明内容
近年来，正在寻求削减了CAPEX(资本支出：CAPital EXpence)、OPEX(运营支出：OPeration EXpence)的提纯气体的制造装置以及提纯气体的制造方法。CAPEX的削减可以是例如设备个数的削减。OPEX的削减可以是例如提纯气体制造装置中使用的消耗品的量(例如吸附剂的量)的削减、设备个数的削减所伴随的维护费用的削减。
原料气体包含可燃成分作为杂质的情况下，例如可以通过将专利文献1和专利文献2公开的方法组合，从原料气体中除去杂质，来制造提纯气体。具体来说，通过在氧存在下使可燃成分与金属催化剂接触，从而使可燃成分转化为二氧化碳和水分。其后，将原料气体中残留的氧在加热条件下利用吸气剂除去，接着将二氧化碳和水分在常温下吸附除去，从而能够制造提纯气体。
然而，专利文献1公开的杂质燃烧方法中，用于将可燃成分烧掉除去的氧可能变得过剩。该情况下，认为需要过剩的用于除去氧的吸气剂，认为CAPEX会增加。吸气剂需要定期更换。由于需要更换过剩的量的吸气剂，与氧量适当的情况相比，OPEX也有可能增加。另外，专利文献1公开的杂质燃烧方法中，用于将可燃成分烧掉除去的氧还有可能不足。该情况下，认为不能完全除去可燃成分。因此，有可能需要新设除去提纯气体中的可燃成分的设备。即，CAPEX和OPEX有可能增加。
另外，专利文献2中公开的提纯气体的制造方法在除去原料气体中的氧的工序与从原料气体除去水分的工序之间，需要将原料气体冷却至常温的工序。即，在用于除去原料气体中的氧的设备与用于除去原料气体中的水分的设备之间，需要设置冷却装置。另外，为了连续运转，需要用于除去水分的沸石塔和用于除去氧的吸气塔各2个合计4个塔。即，在设备个数的削减(CAPEX的削减)和由削减设备个数带来的维护费的削减(OPEX的削减)上有改善的余地。
本发明的目的在于，提供在原料气体至少包含可燃成分作为杂质时，成本经削减的提纯气体的制造装置以及提纯气体的制造方法。
用于解决问题的手段
本发明提供以下所示的提纯气体的制造装置以及提纯气体的制造方法。
[1]一种提纯气体的制造装置，其具备用于将原料气体中的至少可燃成分在氧存在下供于催化反应的催化塔、和用于将经过所述催化塔的所述原料气体中的至少水分和氧除去而得到提纯气体的提纯塔，所述提纯塔包括第1区域和第2区域，所述第1区域是用于将所述原料气体中的至少水分吸附除去的区域，所述第2区域是用于将经过所述第1区域的所述原料气体中的至少氧除去而得到提纯气体的区域。
[2]根据[1]所述的制造装置，其中，所述第1区域还是用于将所述原料气体中的二氧化碳吸附除去的区域。
[3]根据[1]或[2]所述的制造装置，其中，所述催化塔是用于在60℃以上且350℃以下的温度下进行催化反应的催化塔。
[4]根据[1]～[3]中任一项所述的制造装置，其中，所述催化塔包含钯系催化剂。
[5]根据[1]～[4]中任一项所述的制造装置，还具备氧供给源、和用于连接所述氧供给源与所述催化塔的入口并从所述氧供给源向所述催化塔的入口导入氧气的第1连接路。
[6]根据[1]～[5]中任一项所述的制造装置，其中，所述第1区域包含选自沸石、活性氧化铝和硅胶中的任一种，所述第2区域包含吸气剂。
[7]根据[6]所述的制造装置，其中，所述吸气剂含铜。
[8]根据[1]～[7]中任一项所述的制造装置，其中，所述原料气体至少包含氮或稀有气体中的任一种。
[9]根据[1]～[8]中任一项所述的制造装置，其中，所述可燃成分至少包含氢或烃中的任一种。
[10]根据根据[1]～[9]中任一项所述的制造装置，还具备：反应器、用于连接所述反应器与所述催化塔并从所述反应器向所述催化塔导入所述原料气体的第2连接路、和用于连接所述反应器与所述提纯塔并将从所述提纯塔导出的所述提纯气体返回至所述反应器的第3连接路。
[11]一种提纯气体的制造方法，其包括以下步骤：将原料气体导入催化塔；在所述催化塔内，将所述原料气体中的至少可燃成分在氧存在下供于催化反应；将经过所述催化塔的所述原料气体导入包括第1区域和第2区域的提纯塔；在所述第1区域中，将所述原料气体中的至少水分吸附除去；在所述第2区域中，将在所述第1区域中吸附除去水分后的所述原料气体中的至少氧除去；将在所述第2区域中除去氧后的所述原料气体作为提纯气体导出。
[12]根据[11]所述的制造方法，其包括在所述第1区域中将所述原料气体中的二氧化碳吸附除去的步骤。
[13]根据[11]或[12]所述的制造方法，其中，所述催化反应在60℃以上且350℃以下的温度下进行。
[14]根据[11]～[13]中任一项所述的制造方法，其中，所述催化塔包含钯系催化剂。
[15]根据[11]～[14]中任一项所述的制造方法，其还包括从氧供给源向所述催化塔的入口导入氧气的步骤。
[16]根据[11]～[15]中任一项所述的制造方法，其中，所述第1区域包含选自沸石、活性氧化铝和硅胶中的任一种，所述第2区域包含吸气剂。
[17]根据[16]所述的制造方法，其中，所述吸气剂含铜。
[18]根据[11]～[17]中任一项所述的制造方法，其中，所述原料气体至少包含氮或稀有气体中的任一种。
[19]根据[11]～[18]中任一项所述的制造方法，其中，所述可燃成分至少包含氢或烃中的任一种。
[20]根据[11]～[19]中任一项所述的制造方法，其还包括以下步骤：将从反应器导出的气体作为所述原料气体导入所述催化塔；以及将从所述提纯塔导出的所述提纯气体导入所述反应器。
发明效果
根据本发明，可以提供原料气体至少包含可燃成分作为杂质时成本经削减的提纯气体的制造装置以及提纯气体的制造方法。
附图说明
图1是表示本发明涉及的用于制造提纯气体的装置构成的一例的示意图。
具体实施方式
以下，一边示出实施方式，一边对本发明进行详细说明。但是以下的说明并不限定技术方案。
<术语的定义>
本说明书中，下述术语的意思如下。
(1)“提纯气体”表示原料气体中含有的杂质的浓度降低了的气体。
(2)“氧存在下”表示原料气体中包含氧超过0vol.ppm的状态。
(3)“主成分”表示构成原料气体的成分(气体)之中，体积含量最多的成分(气体)。
(4)“稀有气体”通常为氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)、氡(Rn)、和
Figure BDA0002545852260000051
(Og)的总称，但在本说明书中表示He、Ne、Ar、Kr、Xe中的任一种。
(5)“烃”表示由CnHm(其中，n和m为正整数)表示的由碳原子和氢原子构成的化合物。
(6)“吸气剂”表示起到从原料气体中至少除去氧的作用的物质。
(7)“成本经削减”表示至少CAPEX和OPEX中的任一种被削减的情况。
<提纯气体的制造装置>
图1是表示本发明涉及的用于制造提纯气体的装置构成的一例的示意图。提纯气体的制造装置100具备用于将原料气体中的至少可燃成分在氧存在下供于催化反应的催化塔50、和用于将经过催化塔50的原料气体中的至少水分和氧除去而得到提纯气体的提纯塔(第1提纯塔1、第2提纯塔2)。提纯塔(第1提纯塔1、第2提纯塔2)包括第1区域(1A、2A)和第2区域(1B、2B)。第1区域(1A、2A)是用于将原料气体中的至少水分吸附除去的区域。第2区域(1B、2B)是用于将经过第1区域的原料气体中的至少氧除去而得到提纯气体的区域。以下，对提纯气体的制造装置100中包含的各设备进行详细说明。
需要说明的是，图1中示出提纯塔为2个的例子，但提纯塔可以是1个，也可以是3塔以上。从使提纯塔连续运转的观点出发，期望提纯塔为2个以上。例如如图1所示制造装置100包括第1提纯塔1和第2提纯塔2的情况下，可以将第1提纯塔1用于原料气体中的至少水分和氧的除去，通过后述的再生气体对第2提纯塔2进行再生。若第2提纯塔2被再生，则可以将第2提纯塔2用于原料气体中的杂质的除去，通过后述的再生气体对第1提纯塔1进行再生。即，能够连续地进行提纯气体的制造。以下的说明中，作为提纯塔对第1提纯塔1进行说明。
<原料气体>
原料气体至少包含可燃成分作为杂质。原料气体可以包含例如氮(N2)、稀有气体作为主成分。原料气体可以包含上述气体双方。原料气体可以至少包含氮或稀有气体中的任一种。
可燃成分可以是氢气、烃气体。烃例如可以是甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、乙烯(C2H4)、丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)、和乙炔(C2H2)等。原料气体可以包含多种上述气体作为杂质。原料气体可以包含至少氢或烃中的任一种。
<催化塔>
催化塔50是用于将原料气体中的至少可燃成分在氧存在下供于催化反应的塔。例如可燃成分是氢的情况下，氢通过氧存在下的催化反应被氧化而转化成水。例如可燃成分是烃的情况下，烃通过氧存在下的催化反应被氧化而转化成二氧化碳和水。
《催化反应温度》
催化塔50可以按照在60℃以上且350℃以下的温度下进行催化反应的方式构成。即催化塔50可以是用于在60℃以上且350℃以下的温度下进行催化反应的催化塔。为了调整催化塔50的催化反应温度，可以配置用于在催化塔50的上游加热原料气体的升温装置40。
催化塔50中催化反应在低于60℃进行的情况下，催化反应有可能不充分。催化塔50中催化反应在超过350℃的温度下进行的情况下，升温装置40的耗电量(即，OPEX)有可能产生改善的余地。
为了回收经过催化塔50的原料气体的热能，可以设置用于使导入催化塔50前的原料气体与经过催化塔50的原料气体进行间接热交换的原料气体热交换器30。通过原料气体热交换器30，被导入催化塔50前的原料气体能够升温。通过原料气体热交换器30，经过了催化塔50的原料气体能够降温。
若通过原料气体热交换器30而被导入至升温装置40的原料气体的温度变高，则能够削减用于将经过原料气体热交换器30的原料气体升温至例如60℃以上且350℃以下的反应温度的升温装置40(例如加热器)所需要的电力。即，可以期待OPEX的削减。
若通过原料气体热交换器30而经过催化塔50的原料气体的温度变低，则认为原料气体中的水分的分压降低。因此，能够削减后述的提纯塔中包含的第1区域1A的容量、减少第1区域1A中包含的填充物的量。即，可以期待OPEX和CAPEX的削减。
可以不设置原料气体热交换器30而设置将经过催化塔50的原料气体冷却的冷却装置(未图示)。认为与设置原料气体热交换器30相比升温装置40所需要的电力变大，但与设置原料气体热交换器30相比可以期待CAPEX的削减。
可以不设置原料气体热交换器30而不冷却经过催化塔50的原料气体。认为该情况下与冷却经过催化塔50的原料气体的情况相比，后述的提纯塔的容量变大。
《催化剂》
催化塔50中包含的催化剂没有特别限制。能够将原料气体中的至少可燃成分在氧存在下供于催化反应的物质可以作为催化剂使用。催化塔50中包含的催化剂可以是例如钯系催化剂、铂系催化剂。即，催化塔50可以包含钯系催化剂、铂系催化剂。
《第1连接路》
催化塔50的催化反应中为了将可燃成分更高效地供于催化反应，期望在原料气体中包含催化反应所需的化学当量的1.1倍以上且1.5倍以下的氧。原料气体包含催化反应所需的化学当量的低于1.1倍的氧的情况下，有可能催化反应未充分进行，可燃成分残留。因此，有可能需要新设除去提纯气体中的可燃成分的设备(即，CAPEX和OPEX可能增加)。原料气体包含超过催化反应所需的化学当量的1.5倍的氧的情况下，氧的量过剩，后述的第2区域1B中有可能不能完全除去氧。因此，有可能产生增加第2区域1B的容量的必要(即，CAPEX和OPEX可能增加)。
期望提纯气体的制造装置100还具备氧供给源(未图示)、和用于连接氧供给源与催化塔50的入口并从氧供给源向催化塔50的入口导入氧气的第1连接路L1。通过经由第1连接路L1供给氧，被导入催化塔50的原料气体能够含有催化反应所需的化学当量的1.1倍以上且1.5倍以下的氧。需要说明的是，原料气体事先包含充分的氧的情况下，关闭阀V101，切断氧的供给即可。
<提纯塔>
第1提纯塔1包括第1区域1A和第2区域1B。原料气体中的至少水分在第1区域1A被吸附除去。第2区域1B中，经过了第1区域1A的原料气体中的至少氧被除去。
《第1区域》
第1区域1A是用于吸附原料气体中的至少水分的区域。原料气体含烃的情况下，通过催化塔50中的催化反应可能在原料气体中除了水分还包含二氧化碳作为杂质。因此，期望第1区域1A还是用于吸附除去原料气体中的二氧化碳的区域。
第1区域1A可以包含选自沸石、活性氧化铝和硅胶中的任一种作为填充物。认为通过使第1区域1A包含选自沸石、活性氧化铝和硅胶中的任一种作为填充物，原料气体中的至少水分被进一步吸附。另外，认为沸石、活性氧化铝和硅胶除了吸附水分，还吸附二氧化碳。由此，认为原料气体中的水分和二氧化碳量减少。
《第2区域》
第2区域1B是用于将经过第1区域1A的原料气体中的至少氧除去而得到提纯气体的区域。期望第2区域1B包含吸气剂作为填充剂。通过使第2区域1B包含吸气剂作为填充剂，认为经过第1区域1A的原料气体中的氧被进一步除去。即，第1区域可以包含选自沸石、活性氧化铝和硅胶中的任一种，第2区域1B可以包含吸气剂。
吸气剂没有特别限制。能够具有从原料气体除去至少氧的作用的物质能够作为吸气剂使用。吸气剂可以是在二氧化硅、氧化铝、沸石、活性炭等载体上担载有铜等金属的物质。即，吸气剂可以含铜。由于铜廉价且容易获得，因此期待提纯气体的制造装置100的运行成本(即，OPEX)降低。吸气剂含铜的情况下，认为通过下述式(1)的反应而除去氧。
[式1]
2Cu+O2→2CuO···(1)
吸气剂含铜的情况下，例如通过在150℃左右的加热条件下使氢与吸气剂反应，通过下述式(2)的反应而铜被还原。即，能够再生吸气剂。再生的吸气剂能够再次为了从原料气体除去至少氧而使用。
[式2]
CuO+H2→Cu+H2O···(2)
《其它构成1》
原料气体可以是从反应器(未图示)导入的气体。另外，提纯气体可以是导出至反应器(未图示)的气体。即，本发明涉及的提纯气体的制造装置100可以具有用于连接反应器与催化塔50并从反应器向催化塔50导入原料气体的第2连接路(未图示)。另外，还可以具有用于连接反应器(未图示)与提纯塔(第1提纯塔1、第2提纯塔2)并将从提纯塔(第1提纯塔1、第2提纯塔2)导出的提纯气体返回至反应器(未图示)的第3连接路(未图示)。
《其它构成2》
期望本发明涉及的提纯气体的制造装置100包括用于再生第1区域1A和第2区域1B的再生气体供给路L2。期待再生气体包含加热的氮、和氢。通过加热的氮，能够再生第1区域1A。通过氢，能够再生第2区域1B。期望提纯气体的制造装置100具备用于加热氮的加热器60。
<提纯气体的制造方法>
本发明涉及的提纯气体的制造方法包括将原料气体导入催化塔的工序(原料气体导入工序1)。在催化塔内，原料气体中的至少可燃成分在氧存在下供于催化反应(催化反应工序)。经过催化塔的原料气体导入包括第1区域和第2区域的提纯塔(原料气体导入工序2)。第1区域中，原料气体中的至少水分被吸附除去(水分吸附除去工序)。第2区域中，通过第1区域而水分被吸附除去的原料气体中的至少氧被除去(氧除去工序)。第2区域中氧被除去的原料气体作为提纯气体被导出(提纯气体导出工序)。以下，参照图1，假定使用第1提纯塔1，对提纯气体的制造方法的各工序进行详细说明。
《原料气体导入工序1》
本工序是将原料气体导入催化塔50的导入的工序。原料气体只要至少包含可燃成分，则没有特别限定。原料气体可以包含例如氮和稀有气体等作为主成分。即，原料气体可以包含至少氮或稀有气体中的任一种。可燃成分可以包含氢、烃。即，可燃成分可以包含至少氢或烃中的任一种。
原料气体可以是从反应器(未图示)导出的气体。原料气体可以通过热交换器30升温，也可以不升温。原料气体可以通过升压机(未图示)升压至规定压力后导入催化塔50。原料气体可以通过减压阀(未图示)减压至规定压力后导入催化塔50。
(氧供给工序)
原料气体可以在与从氧供给源(未图示)向催化塔50的入口经由第1连接路L1导入的氧气混合后，导入催化塔50。即，原料气体导入工序1可以还包括从氧供给源(未图示)向催化塔50的入口导入氧气(氧供给工序)。通过氧供给工序，原料气体可以含有后述的催化反应工序中所需的化学当量的1.1倍以上且1.5倍以下的氧。根据原料气体中包含的氧量，氧供给工序能够通过关闭阀V101而省略。
《催化反应工序》
本工序是将通过原料气体导入工序1导入催化塔50的原料气体中的至少可燃成分在氧存在下供于催化反应的工序。参照图1，本工序可以通过例如将原料气体利用升温装置40升温至规定温度后导入催化塔11，使第1吸附工序后的原料气体中含有的至少可燃成分进行催化反应的操作来实施。催化反应工序中能够使用的催化剂如上所述可以是钯系催化剂、铂系催化剂。催化塔50中的催化反应的温度如上所述可以是60℃以上且350℃以下的温度。
《原料气体导入工序2》
本工序是将经过催化塔50的原料气体导入包括第1区域1A和第2区域1B的提纯塔1的工序。经过催化塔50的原料气体可以在通过原料气体热交换器30降温后导入提纯塔1。经过催化塔50的原料气体可以在通过冷却装置(未图示)降温后导入提纯塔1。经过催化塔50的原料气体可以不冷却而导入提纯塔1。
《水分吸附除去工序》
本工序是将第1区域1A中通过原料气体导入工序2导入的原料气体中的至少水分吸附除去的工序。原料气体中的水分能够通过例如第1区域1A中包含的填充物而吸附除去。原料气体含烃的情况下，通过催化反应工序中的催化反应原料气体中除了水分，可能包含二氧化碳作为杂质。因此，第1区域1A中，期望包括也将原料气体中的二氧化碳吸附除去。第1区域1A能够包含的填充物如上所述可以是选自沸石、活性氧化铝和硅胶的任一种。
水分吸附除去工序可以在例如0.1MaG以上且0.9MPaG以下的吸附压力下进行。例如原料气体导入工序2中原料气体降温的情况下，水分吸附除去工序可以在10℃以上且40℃以下的吸附温度下进行。原料气体导入工序2中原料气体未被降温的情况下，吸附温度可以在依从于导入提纯塔1的原料气体的温度的温度下进行。从降低原料气体中的水分的分压的观点出发，水分吸附除去工序期望在10℃以上且40℃以下的吸附温度下进行。
《氧除去工序》
本工序是将在第1区域1A中吸附除去水分后的原料气体中的至少氧在第2区域1B中除去的工序。原料气体中的氧能够通过例如第2区域1B中包含的吸气剂来除去。能够使用的吸气剂如上所述可以是在二氧化硅、氧化铝、沸石、活性炭等载体上担载有铜等金属的物质，该金属可以是铜。通过除去吸附除去水分后的原料气体中的至少氧，来制造提纯气体。
氧除去工序可以在例如0.1MaG以上且0.9MPaG以下的吸附压力下进行，例如可以在10℃以上且40℃以下的吸附温度下进行。即，水分吸附除去工序与氧除去工序能够在同一压力和温度条件下进行。从水分吸附除去工序移至氧除去工序时无需进行压力调整、温度调整，因此可以期待设备个数的削减(即，OPEX的削减)。
《提纯气体导出工序》
本工序是将通过氧除去工序制造的提纯气体导出的工序。提纯气体可以根据所要求的使用压力来通过升压机(未图示)升压至规定压力。提纯气体可以根据所要求的使用压力而通过减压阀(未图示)减压至规定压力。提纯气体可以导入例如反应器。
<提纯塔的再生方法>
第1提纯塔1和第2提纯塔2能够通过再生气体而再生。以下，对第2提纯塔2的再生方法进行说明。期望第2提纯塔2的再生方法包括脱压工序、加热工序、加热再生工序、冷却工序、清洗工序、复压工序、和两塔运转工序。以下，对各工序进行说明。需要说明的是，第2提纯塔2的再生中操作的阀是V21～V25、V60和V61。第1提纯塔1的阀V11和V15打开(OPEN)，V12～V14关闭(CLOSE)。
《脱压工序》
本工序是通过打开V24，关闭其它阀，而将第2提纯塔2内的气体放出至排风口，将第2提纯塔2内的压力脱压至大气压附近的工序。通过将第2提纯塔2脱压至大气压附近，第1区域2A中吸附的水分的解吸变得容易，而且后述的工序中将再生气体导入第2提纯塔2时，能够省略再生气体的升压装置。例如，可以将第2提纯塔2内的压力达到大致大气压为止作为脱压工序。
《加热工序》
本工序是在脱压工序后进行的工序。本工序中，打开V23、V24和V60，关闭其它阀，使通过加热器60被加热的氮气流通到第2提纯塔2，加热第2提纯塔2的工序。加热器60出口的氮气的温度可以是例如120℃以上且220℃以下。例如，可以将第1区域2A和第2区域2B的温度达到约120℃～220℃为止作为加热工序。
《加热再生工序》
本工序是在加热工序后进行的工序。本工序中，打开V23、V24、V60、和V61，关闭其它阀，使通过加热器60被加热的氮气和氢气(即，再生气体)流通到第2提纯塔2，对第1区域2A和第2区域2B进行再生的工序。期望本工序中的第1区域2A和第2区域2B的温度保持在约120℃～220℃。认为凭借通过加热器60被加热的氮气，第1区域2A被再生。认为凭借经由V61导入的氢气，第2区域2B被再生。例如，可以将再生气体导入第2提纯塔2起经过0.5小时～3小时为止作为加热再生工序。加热再生工序所需的时间能够根据第2提纯塔2的容量、再生气体的温度适当调整。
《冷却工序》
本工序是在加热再生工序后进行的工序。本工序中，打开V23、V24和V60，关闭其它阀，使常温的氮气流通到第2提纯塔2，冷却第2提纯塔2的工序。例如，可以将第1区域2A和第2区域2B的温度达到常温为止作为冷却工序。
《清洗工序》
本工序是在冷却工序后进行的工序。本工序中，打开V22和V24，关闭其它阀，将提纯气体从第1提纯塔1导入第2提纯塔2，将第2提纯塔2通过提纯气体进行清洗的工序。例如，可以将开始基于提纯气体的第2提纯塔2的清洗起经过5分钟～20分钟为止作为清洗工序。清洗工序所需的时间可以根据第2提纯塔2的容量适当调整。
《复压工序》
本工序是在清洗工序后进行的工序。本工序中，打开V22，关闭其它阀，将提纯气体从第1提纯塔1导入第2提纯塔2，对第2提纯塔2进行升压的工序。例如，可以将第2提纯塔2的压力达到第2提纯塔2的运转压力为止作为复压工序。第2提纯塔2的运转压力可以是例如0.1MaG以上且0.9MPaG以下。
《两塔运转工序》
本工序是在复压工序后进行的工序。本工序中，打开V21和V25，关闭其它阀，通过第1提纯塔1和第2提纯塔2制造提纯气体的工序。本工序可以进行例如5分钟～20分钟。经过两塔运转工序之后，能够进行使用第2提纯塔2的提纯气体的制造。第1提纯塔1通过前述的脱压工序、加热工序、加热再生工序、冷却工序、清洗工序、复压工序和两塔运转工序能够再生。
如上所述，通过使提纯气体的制造装置100具备2个提纯塔，将1塔用于原料气体中的杂质的除去(即，提纯气体的制造)，在此期间能够对另外的提纯塔进行再生。即，能够连续进行提纯气体的制造。以下的表1中，示出各工序中的V21～V25、V60和V61的位置。
[表1]
V21 V22 V23 V24 V25 V60 V61
脱压工序 关闭 关闭 关闭 打开 关闭 关闭 关闭
加热工序 关闭 关闭 打开 打开 关闭 打开 关闭
加热再生工序 关闭 关闭 打开 打开 关闭 打开 打开
冷却工序 关闭 关闭 打开 打开 关闭 打开 关闭
清洗工序 关闭 打开 关闭 打开 关闭 关闭 关闭
复压工序 关闭 打开 关闭 关闭 关闭 关闭 关闭
两塔运转工序 打开 关闭 关闭 关闭 打开 关闭 关闭
实施例
以下，示出实施例对本发明进一步进行具体说明，但本发明不受这些例子限定。
<提纯气体的制造>
《实施例1》
1.原料气体的导入工序1
准备具有图1记载的构成的装置。以下所示的以氦为主成分的气体从反应器作为原料气体被导入。
原料气体流量：300NL/min、
原料气体中的氢浓度：180vol.ppm、
原料气体中的甲烷浓度：120vol.ppm、
原料气体中的氧浓度：10vol.ppm、
原料气体的露点：-20℃。
原料气体压力：0.2MPaG。
(氧供给工序)
从氧供给源经由第1连接路L1在催化塔50的入口处，氧气被供给至原料气体(氧供给工序)。从氧供给源供给的氧量为130Ncc/min。由此，原料气体中的氧浓度成为430vol.ppm。
经过氧供给工序的原料气体被导入热交换器30。经过氧供给工序的原料气体在热交换器30中与经过催化塔50的原料气体进行间接热交换从而升温。从热交换器30导出的经过氧供给工序的原料气体通过升温装置40进一步升温。经过氧供给工序的原料气体之后被导入催化塔50。
2.催化反应工序
在催化塔50内，原料气体中的可燃成分(即，氢和甲烷)在氧存在下供于催化反应。催化塔50中使用的催化剂包含钯和氧化铝作为固体成分。催化剂中的钯与氧化铝的质量比为约0.5∶约99.5。催化反应在氧存在下以催化反应温度300℃进行。由此，可燃成分被转化为水分和二氧化碳。
3.原料气体导入工序2
经过催化塔50的原料气体被导入原料气体热交换器30。经过催化塔50的原料气体在热交换器30中与经过氧供给工序的原料气体进行间接热交换从而降温至20℃。降温至20℃的原料气体之后被导入第1提纯塔1。
4.提纯气体的制造(水分吸附除去工序、氧除去工序、和提纯气体导出工序)
从催化塔50导出的原料气体被导入第1提纯塔1，而制造提纯气体。提纯气体的制造条件如下。
原料气体流量：300NL/min、
原料气体中的氧浓度：100vol.ppm、
原料气体中的二氧化碳浓度：120vol.ppm、
原料气体的露点：-15℃、
原料气体中的氢浓度：1vol.ppm以下、
原料气体中的甲烷浓度：1vol.ppm以下、
提纯塔吸附压力(原料气体压力)：0.2MPaG、
提纯塔吸附温度(原料气体温度)：20℃、
吸气剂：[氧化锌∶氧化铝∶氧化铜＝约45∶约12∶约43(质量比)]、
沸石：商品名“F-9”(由东曹(株式会社)获得)。
经过催化塔50的原料气体被导入第1提纯塔1。在第1提纯塔1内的第1区域1A，原料气体中的水分和二氧化碳被沸石吸附除去(水分吸附除去工序)。经过第1区域1A的原料气体中包含的氧在第2区域1B通过吸气剂被除去(氧除去工序)。由此，制造提纯气体。提纯气体被导入上述反应器(提纯气体导出工序)。
《实施例2》
除了将从氧供给源供给的氧量设为100Ncc/min、将原料气体中的氧浓度设为360vol.ppm之外，与实施例1同样地制造提纯气体。
《实施例3》
除了将从氧供给源供给的氧量设为150Ncc/min、将原料气体中的氧浓度设为495vol.ppm之外，与实施例1同样地制造提纯气体。
《实施例4～实施例9》
如下述表2所示，除了改变原料气体的主成分、改变原料气体中的可燃成分、改变催化反应温度、以及在第1区域1A使用活性氧化铝或硅胶代替沸石之外，与实施例1同样地制造提纯气体。
《比较例1》
除了未从氧供给源向原料气体供给氧气之外，与实施例1同样地尝试提纯气体的制造。
《比较例2》
除了将从氧供给源供给的氧量设为90Ncc/min、将原料气体中的氧浓度设为300vol.ppm之外，与实施例1同样地尝试提纯气体的制造。
《比较例3》
除了将从氧供给源供给的氧量设为200Ncc/min、将原料气体中的氧浓度设为670vol.ppm之外，与实施例1同样地尝试提纯气体的制造。
<评价>
各实施例和各比较例中从第1提纯塔1导出的气体中包含的可燃成分、氧、水分和二氧化碳量利用气相色谱(商品名：“GC2014ATF”(由(株式会社)岛津制作所获得))进行测定。
(评价基准)
下述表2中的评价基准如下。
A：提纯气体中的氢浓度、烃浓度、氧浓度和二氧化碳浓度分别为2vol.ppm以下，且露点为-76℃以下的情况；
B：提纯气体中的氢浓度、烃浓度、氧浓度和二氧化碳浓度中的任一种高于2vol.ppm、或露点高于-76℃的情况。
[表2]
Figure BDA0002545852260000171
<结果>
如上述表2所示，实施例抑制了提纯气体中的可燃成分、氧、水分和二氧化碳量。因此，不要求新设除去提纯气体中的可燃成分的设备。本发明中，1个提纯塔内包括第1区域和第2区域。因此，若有至少2个提纯塔，则能够进行连续运转。另外，不要求在1区域与第2区域之间设置冷却装置。即，示出了可以提供一种在原料气体至少包含可燃成分作为杂质时，成本经削减的提纯气体的制造装置和提纯气体的制造方法。
可以理解为：在本实施例中，为了得到提纯气体而导入催化塔的原料气体的氧浓度优选为360vol.ppm以上且495vol.ppm以下。需要说明的是，该值当然可以根据原料气体中的可燃成分的量、提纯塔中包含的吸气剂的量等而适当改变。
比较例1和比较例2从第1提纯塔1导出的气体中的烃浓度高于2vol.ppm，未得到提纯气体。由于被导入催化塔的原料气体中的氧浓度低于360vol.ppm，因此认为催化塔中的催化反应未充分进行。
比较例3从第1提纯塔1导出的气体中的氧浓度高于2vol.ppm，未得到提纯气体。由于被导入催化塔的原料气体中的氧浓度超过495vol.ppm，因此认为导入提纯塔的原料气体流的氧浓度过剩。
此次公开的实施例和实施方式在所有方面均为例示而非限制性的内容。根据技术方案的记载确定的技术范围包括与技术方案等同的意思和范围内的所有变更。
附图标记说明
1 第1提纯塔、
2 第2提纯塔、
30 原料气体热交换器、
40 升温装置、
50 催化塔、
60 加热器、
1A、2A 第1区域、
1B、2B 第2区域、
V11、V12、V13、V14、V15、V21、V22、V23、V24、V25、V60、V61、V101 阀、
L1 第1连接路、
L2 再生气体供给路。

Claims (20)

1.一种提纯气体的制造装置，其具备：
用于将原料气体中的至少可燃成分在氧存在下供于催化反应的催化塔、和
将经过所述催化塔的所述原料气体中的至少水分和氧除去而得到提纯气体的提纯塔，
所述提纯塔包括第1区域和第2区域，
所述第1区域是用于将所述原料气体中的至少水分吸附除去的区域，
所述第2区域是用于将经过所述第1区域的所述原料气体中的至少氧除去而得到提纯气体的区域。
2.根据权利要求1所述的制造装置，其中，
所述第1区域还是用于将所述原料气体中的二氧化碳吸附除去的区域。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的制造装置，其中，
所述催化塔是用于在60℃以上且350℃以下的温度下进行催化反应的催化塔。
4.根据权利要求1～权利要求3中任一项所述的制造装置，其中，
所述催化塔包含钯系催化剂。
5.根据权利要求1～权利要求4中任一项所述的制造装置，还具备：
氧供给源；和
第1连接路，其是用于连接所述氧供给源与所述催化塔的入口的连接路，用于从所述氧供给源向所述催化塔的入口导入氧气。
6.根据权利要求1～权利要求5中任一项所述的制造装置，其中，
所述第1区域包含选自沸石、活性氧化铝和硅胶中的任一种，
所述第2区域包含吸气剂。
7.根据权利要求6所述的制造装置，其中，
所述吸气剂含铜。
8.根据权利要求1～权利要求7中任一项所述的制造装置，其中，
所述原料气体至少包含氮或稀有气体中的任一种。
9.根据权利要求1～权利要求8中任一项所述的制造装置，其中，
所述可燃成分至少包含氢或烃中的任一种。
10.根据权利要求1～权利要求9中任一项所述的制造装置，还具备：
反应器；
第2连接路，其是用于连接所述反应器与所述催化塔的连接路，用于从所述反应器向所述催化塔导入所述原料气体；和
第3连接路，其是用于连接所述反应器与所述提纯塔的连接路，用于将从所述提纯塔导出的所述提纯气体返回至所述反应器。
11.一种提纯气体的制造方法，其包括以下步骤：
将原料气体导入催化塔；
在所述催化塔内，将所述原料气体中的至少可燃成分在氧存在下供于催化反应；
将经过所述催化塔的所述原料气体导入包括第1区域和第2区域的提纯塔；
在所述第1区域中，将所述原料气体中的至少水分吸附除去；
在所述第2区域中，将在所述第1区域中吸附除去水分后的所述原料气体中的至少氧除去；
将在所述第2区域中除去氧后的所述原料气体作为提纯气体导出。
12.根据权利要求11所述的制造方法，
其包括在所述第1区域中将所述原料气体中的二氧化碳吸附除去的步骤。
13.根据权利要求11或权利要求12所述的制造方法，其中，
所述催化反应在60℃以上且350℃以下的温度下进行。
14.根据权利要求11～权利要求13中任一项所述的制造方法，其中，
所述催化塔包含钯系催化剂。
15.根据权利要求11～权利要求14中任一项所述的制造方法，
其还包括从氧供给源向所述催化塔的入口导入氧气的步骤。
16.根据权利要求11～权利要求15中任一项所述的制造方法，其中，
所述第1区域包含选自沸石、活性氧化铝和硅胶中的任一种，
所述第2区域包含吸气剂。
17.根据权利要求16所述的制造方法，其中，
所述吸气剂含铜。
18.根据权利要求11～权利要求17中任一项所述的制造方法，其中，
所述原料气体至少包含氮或稀有气体中的任一种。
19.根据权利要求11～权利要求18中任一项所述的制造方法，其中，
所述可燃成分至少包含氢或烃中的任一种。
20.根据权利要求11～权利要求19中任一项所述的制造方法，
其还包括以下步骤：
将从反应器导出的气体作为所述原料气体导入所述催化塔；以及
将从所述提纯塔导出的所述提纯气体导入所述反应器。
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