JP2017167015A - Method for collecting oil constituent in low temperature liquid gas - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、低温液化ガス中の油成分回収方法に関し、詳しくは、常温常圧下で液体である液化酸素、液化窒素、液化アルゴンなどの各種液化ガス中に含まれている油成分の回収方法に関する。 The present invention relates to a method for recovering an oil component in a low-temperature liquefied gas, and more particularly to a method for recovering an oil component contained in various liquefied gases such as liquefied oxygen, liquefied nitrogen, and liquefied argon that are liquid at normal temperature and pressure. .
有機工業化学や半導体製造の分野では、常温常圧下、例えば25℃、1atmで気体である酸素ガス、窒素ガス、アルゴンガスなどの各種工業ガスの品質管理を行うため、各工業ガス中の不純物の分析が実施されている。同様に、常温常圧下で液体である液化酸素、液化窒素、液化アルゴンなどの各種液化ガスの品質管理も実施する必要がある。前記液化ガスに含まれる不純物には、炭素数が5以上の炭化水素(以下、「油成分」という)も含まれている。したがって、油成分の分析も品質管理や保安管理上必要とされている。 In the field of organic industrial chemistry and semiconductor manufacturing, quality control of various industrial gases such as oxygen gas, nitrogen gas, and argon gas, which are gases at room temperature and normal pressure, for example, 25 ° C. and 1 atm, Analysis is being carried out. Similarly, it is necessary to carry out quality control of various liquefied gases such as liquefied oxygen, liquefied nitrogen, and liquefied argon that are liquid at normal temperature and pressure. The impurities contained in the liquefied gas include hydrocarbons having 5 or more carbon atoms (hereinafter referred to as “oil component”). Therefore, analysis of oil components is also required for quality control and security control.
従来から、ステンレスペール缶などに直接低温液化ガスを回収し、気化後に残渣として缶底に残った油成分を溶媒抽出して分析する方法が一般的に知られているが、外部汚染の影響を受けやすいという難点があった。一方、ガス中の不純物である油成分の測定方法としては、例えば、活性アルミナ、珪藻土、モレキュラーシーブ、活性炭などの無機系吸着剤、ポリマー系吸着剤などの吸着剤が充填された吸着筒に油成分を含むガスを流通させ、油成分を吸着剤に吸着させた後、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガスなどの不活性ガスを流通させながら吸着筒を加熱し、前記吸着剤に吸着されている油成分を脱着させ、不活性ガスに同伴された油成分を分析することが知られている(例えば、特許文献1参照。)。 Conventionally, a method for recovering low-temperature liquefied gas directly to a stainless steel pail can and analyzing the oil component remaining on the bottom of the can as a residue after vaporization is generally known. There was a difficulty of being easy to receive. On the other hand, as a method for measuring the oil component that is an impurity in the gas, for example, an adsorption cylinder filled with an adsorbent such as an inorganic adsorbent such as activated alumina, diatomaceous earth, molecular sieve, activated carbon, or a polymer adsorbent is used. After the gas containing the component is circulated and the oil component is adsorbed by the adsorbent, the adsorbing cylinder is heated while the inert gas such as nitrogen gas, helium gas, and argon gas is circulated, and is adsorbed by the adsorbent. It is known to desorb an oil component and analyze the oil component entrained in an inert gas (see, for example, Patent Document 1).
ガス中の油成分の分析は、特許文献1に記載された方法で行うことができるが、液化ガス中の油成分を分析する際には、分析する前に液化ガスを気化させる必要があり、液化ガスを気化させるための装置、例えば蒸発器などの内部に分析対象となる油成分が残留するおそれがあった。このため液化ガス中の油成分濃度を正確に精度よく分析することが困難であった。 Analysis of the oil component in the gas can be performed by the method described in Patent Document 1, but when analyzing the oil component in the liquefied gas, it is necessary to vaporize the liquefied gas before analysis, There is a possibility that an oil component to be analyzed remains in an apparatus for vaporizing the liquefied gas, for example, an evaporator. For this reason, it was difficult to accurately and accurately analyze the oil component concentration in the liquefied gas.
そこで本発明は、低温液化ガス中の油成分を確実に回収することができ、その後の分析も精度よく行うことが可能な低温液化ガス中の油成分回収方法を提供することを目的としている。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for recovering an oil component in a low-temperature liquefied gas that can reliably recover the oil component in the low-temperature liquefied gas and that can be accurately analyzed thereafter.
上記目的を達成するため、本発明の低温液化ガス中の油成分回収方法は、低温液化ガス中の油成分を分離回収するための低温液化ガス中の油成分回収方法において、複数の細孔を有するフィルタを前記低温液化ガスの温度に冷却した状態で、該フィルタに前記低温液化ガスを流通させ、低温液化ガス中に固体状態で含まれている油成分を前記フィルタに捕捉させて回収するとともに、該フィルタを通過する低温液化ガスを前記細孔で細分化することによってフィルタ下流側で気化させ、気化したガスの流量を測定することによって前記フィルタに流通させた低温液化ガス量を求めることを特徴としている。 In order to achieve the above object, an oil component recovery method in a low-temperature liquefied gas according to the present invention includes a plurality of pores in the oil component recovery method in a low-temperature liquefied gas for separating and recovering an oil component in a low-temperature liquefied gas. In a state where the filter is cooled to the temperature of the low-temperature liquefied gas, the low-temperature liquefied gas is circulated through the filter, and the oil component contained in the solid state in the low-temperature liquefied gas is captured and collected by the filter. The low-temperature liquefied gas passing through the filter is vaporized on the downstream side of the filter by subdividing the pores, and the amount of the low-temperature liquefied gas circulated through the filter is determined by measuring the flow rate of the vaporized gas. It is a feature.
さらに、本発明の低温液化ガス中の油成分回収方法は、前記フィルタが前記細孔を1mm2当たり100個から100万個有していること、前記フィルタが焼結金属フィルタであること、前記フィルタが、先端をドーム状に形成した先端ドーム円筒型に形成されていることを特徴としている。 Furthermore, in the method for recovering an oil component in the low-temperature liquefied gas of the present invention, the filter has 100 to 1 million pores per 1 mm 2 , the filter is a sintered metal filter, The filter is formed in a tip dome cylindrical shape having a tip formed in a dome shape.
本発明の低温液化ガス中の油成分回収方法によれば、低温液化ガス温度に冷却したフィルタに低温液化ガスを流通させるので、低温液化ガス中に含まれる固体状の油成分を、そのままの状態でフィルタに確実に捕捉して回収することができる。 According to the oil component recovery method in the low-temperature liquefied gas of the present invention, since the low-temperature liquefied gas is circulated through the filter cooled to the low-temperature liquefied gas temperature, the solid oil component contained in the low-temperature liquefied gas is left as it is. Can be reliably captured and collected by the filter.
図1及び図2は、本発明の低温液化ガス中の油成分回収方法を実施可能な装置構成の一形態例を示す説明図である。本形態例に示す油成分回収装置は、複数の細孔を有するフィルタ、例えば金属フィルタ11を内部に装着した油成分回収管12と、該油成分回収管12の入口側に接続した低温液化ガス導入経路13と、油成分回収管12の出口側に接続した気化ガス導出経路14と、低温液化ガス導入経路13に設けられた回収入口弁15と、該回収入口弁15の上流側に接続した予冷経路16と、該予冷経路16から分岐した放出経路17と、該放出経路17に設けられた放出弁18と、前記気化ガス導出経路14に設けられた回収出口弁19及び流量計20とを備えている。前記予冷経路16には、開度調節可能な低温液化ガス容器出口弁21を有する低温液化ガス出口経路22を介して低温液化ガス容器23が接続される。
FIG. 1 and FIG. 2 are explanatory diagrams showing an example of an apparatus configuration capable of implementing the oil component recovery method in the low-temperature liquefied gas of the present invention. The oil component recovery apparatus shown in this embodiment includes a filter having a plurality of pores, for example, an oil
前記金属フィルタ11は、油成分回収管12内を通過する低温液化ガス中の固体状の油成分を捕捉して回収するためのものであり、例えば、直径0.01〜100μmのマイクロメーターレベルの細孔を、1mm2当たり100個から100万個程度、均一に有する金属フィルタ、具体例として、焼結金属フィルタを使用することができる。この金属フィルタ11の形状は任意であるが、例えば、図2に示すように、油成分回収管12の内部に突出した状態になる先端をドーム状に形成した先端ドーム円筒型金属フィルタ11aを、支持部材11bにより気密状態で支持したもの使用することができる。このような筒状に形成することにより、金属フィルタ11の面積を拡大することができ、低温液化ガスの処理量を増加させることができる。
The metal filter 11 is for capturing and recovering a solid oil component in the low-temperature liquefied gas passing through the oil
前記低温液化ガス容器23は、分析対象となる低温液化ガスが貯蔵されている容器であり、各種低温液化ガスを貯蔵可能なものならば、任意の構造のものを使用可能であり、例えば、コールドエバポレーターを用いることができる。前記流量計20は、金属フィルタ11を通過して油成分回収管12から気化ガス導出経路14に導出される際に気化したガスの流量を測定するためのものであり、ガス流量を測定できればよく、一般的な気体用のフローメーターを使用することができる。また、前記各経路や弁は、一般的な低温用配管材料、例えば、ステンレス鋼製のものを使用すればよい。
The low-temperature liquefied
次に、このように形成した油成分回収装置を使用して低温液化ガス中に固体状態で含まれている油成分を前記金属フィルタ11に捕捉させて回収する方法を説明する。 Next, a method for collecting and recovering the oil component contained in the solid state in the low-temperature liquefied gas by the metal filter 11 using the oil component recovery apparatus thus formed will be described.
まず、外部からの汚染を防ぐため、十分に洗浄した金属フィルタ11を油成分回収管12に装着した後、油成分回収管12に、回収入口弁15及び回収出口弁19を閉じた状態の低温液化ガス導入経路13と気化ガス導出経路14とを接続する。また、低温液化ガス容器出口弁21を閉じた状態の低温液化ガス出口経路22と低温液化ガス導入経路13とを予冷経路16を介して接続し、油成分回収対象となる低温液化ガスを貯蔵した低温液化ガス容器23に油成分回収装置を接続した状態とする。
First, in order to prevent contamination from the outside, a sufficiently cleaned metal filter 11 is attached to the oil
次に、放出弁18を開いてから低温液化ガス容器出口弁21を開き、低温液化ガス容器23から流出した低温液化ガスによって低温液化ガス出口経路22と予冷経路16内に存在する大気を追い出すとともに、両経路22,16を低温液化ガス温度まで冷却する。放出経路17から低温液化ガスが流出することを確認することで、両経路22,16の冷却を完了とする。
Next, after opening the
そして、回収出口弁19を開いてから回収入口弁15を開き、放出弁18を閉じて低温液化ガスを予冷経路16から低温液化ガス導入経路13を通して油成分回収管12に導入する。これにより、低温液化ガス中の油成分は、固体状態を維持したままで金属フィルタ11に捕捉されるとともに、金属フィルタ11の細孔を通過することによって低温液化ガスがミスト状に細分化された状態で気化ガス導出経路14に流出し、外気温状態(マイナス20℃から50℃)で大気圧の気化ガス導出経路14内で気化し、ガス状態で流量計20を通って流量が測定される。このとき、流量計20で測定したガス流量が一定になるように、低温液化ガス容器出口弁21の開度を調節することにより、流量計20で測定した流量と時間とによってガス量を算出することができる。
Then, the
また、通常は、低温液化ガス容器23から流出する低温液化ガスの圧力は、低温液化ガス容器23の気相部の圧力(ヘッド圧)、貯蔵液化ガス量に応じた圧力を有しているので、低温液化ガス容器出口弁21の開度を調節することにより、適当な流量で油成分回収管12に低温液化ガスを導入することができる。なお、低温液化ガスの圧力が低い際には、液化ガスポンプを利用することもできる。
In general, the pressure of the low-temperature liquefied gas flowing out from the low-temperature liquefied
あらかじめ設定された量の低温液化ガスを油成分回収管12に導入したら、低温液化ガス容器出口弁21、回収入口弁15、回収出口弁19の順に閉じる。これにより、低温液化ガス中の油成分を金属フィルタ11に捕捉した状態になる。金属フィルタ11に捕捉した油成分は、適宜な溶媒で金属フィルタ11から油成分を抽出することにより、周知の分析装置を用いて分析することができる。さらに、流量計20で測定した流量、低温液化ガスの導入時間、外気温度、外気圧に基づいて、低温液化ガス量(質量kg又は体積L)が算出できるので、低温液化ガス中の油成分の種類や濃度を正確に求めることができる。
When a predetermined amount of the low-temperature liquefied gas is introduced into the oil
このように、あらかじめ洗浄し、低温液化ガスの温度に冷却した金属フィルタ11に低温液化ガスを直接導入するため、外部汚染を生じることがなく、低温液化ガス中で固化した状態になっている油成分を金属フィルタ11で確実に捕捉することができる。また、金属フィルタ11を通過したミスト状の低温液化ガスを気化させてガス状態で流量を測定するので、低温液化ガスの量も正確に算出することができる。 In this way, since the low-temperature liquefied gas is directly introduced into the metal filter 11 that has been washed in advance and cooled to the temperature of the low-temperature liquefied gas, the oil is solidified in the low-temperature liquefied gas without causing external contamination. The component can be reliably captured by the metal filter 11. In addition, since the mist-like low-temperature liquefied gas that has passed through the metal filter 11 is vaporized and the flow rate is measured in a gas state, the amount of the low-temperature liquefied gas can also be accurately calculated.
特に、金属フィルタ11を油成分回収管12内に設けているので、外部からの汚染や結露を防止することができる。また、低温液化ガス中の微量の油成分を回収する際は、金属フィルタ11への液化ガス流通量を増やせばよいだけなので、大きな回収容器は不要となる。さらに、油成分は、金属フィルタ11に吸着した状態で捕捉されているため、低温液化ガスの流れによって金属フィルタ11から脱離することはほとんどなく、金属フィルタ11から油成分を抽出する際には、油成分を溶解可能な少量の溶媒で油成分を抽出することができる。
In particular, since the metal filter 11 is provided in the oil
また、複数の細孔を有するフィルタは、低温液化ガス温度に耐えられればよいことから、ステンレス鋼やアルミニウムなどの金属で形成したフィルタ以外にも、フッ素樹脂などの合成樹脂や金属酸化物、炭素などの無機材料で形成したフィルタも使用できる。さらに、フィルタの形状や構造は、油成分回収管12の口径などの条件に応じて適宜設定することができる。
In addition, a filter having a plurality of pores only needs to be able to withstand a low-temperature liquefied gas temperature. Therefore, in addition to a filter formed of a metal such as stainless steel or aluminum, a synthetic resin such as a fluororesin, a metal oxide, or carbon A filter formed of an inorganic material such as can also be used. Furthermore, the shape and structure of the filter can be appropriately set according to conditions such as the diameter of the oil
図1に示す構成の油成分回収装置を使用して油成分回収実験を行った。分析対象低温液化ガスには、油成分としてn−ヘキサデカンを10mg/Lを含む液化窒素(マイナス196℃)を使用した。油成分回収管12は、長さ150mmの1/4インチのステンレス配管を使用した。金属フィルタ11は、平均直径1μmのマイクロメーターレベルの細孔15aを、1mm2当たり約1万個有する焼結金属フィルタを、外径4mm、内径2mm、長さ30mmの先端ドーム円筒状に形成するとともに、外径11.8mm、厚さ1mmの支持部材で支持したものを使用した。
An oil component recovery experiment was performed using the oil component recovery apparatus having the configuration shown in FIG. The low temperature liquefied gas to be analyzed was liquefied nitrogen (minus 196 ° C.) containing 10 mg / L of n-hexadecane as an oil component. As the oil
十分に洗浄した金属フィルタ11を装着した油成分回収管12に前述の手順で液化窒素を導入した。液化窒素は、出口側が大気圧で、35℃の流量計20で測定した流量が毎分20Lになるように低温液化ガス容器出口弁21の開度を調節して50分間導入した。このときの液化窒素量は1.4Lとなる。
Liquefied nitrogen was introduced into the oil
液化窒素の導入を終えた後、油成分回収管12から金属フィルタ11を取り出し、フロン溶媒25mLで金属フィルタ11に捕捉された油成分を抽出し、赤外分光分析計で分析した。その結果、13.8mgの油成分が検出された。n−ヘキサデカンを10mg/Lで含む液化窒素1.4L中の油成分の理論量は14mgであるから、前記油成分回収装置を使用して前記手順で液化窒素中の油成分を回収することにより、98%以上の高回収率で油成分を回収できたことがわかる。
After the introduction of liquefied nitrogen, the metal filter 11 was taken out from the oil
なお、従来方法として、前記同様に、n−ヘキサデカンを10mg/Lで含む液化窒素を2Lのステンレスペール缶に投入して大気環境下で液化窒素を気化させた後、ステンレスペール缶の内側全てに付着した油成分を50mlのフロン溶媒で抽出し、同様にして赤外分光分析計で分析した。その結果、17mgの油成分が検出された。これは、外部汚染の影響で油成分が多く検出されたものと思われる。また、ステンレスペール缶内の液化窒素を完全に気化させるまで6時間程度を必要とした。 As a conventional method, as described above, liquefied nitrogen containing 10 mg / L of n-hexadecane is put into a 2 L stainless steel pail can to vaporize the liquefied nitrogen in an atmospheric environment, and then all inside the stainless steel pail can. The adhering oil component was extracted with 50 ml of chlorofluorocarbon solvent and similarly analyzed with an infrared spectrometer. As a result, 17 mg of oil component was detected. This seems to be because many oil components were detected due to the influence of external contamination. Further, it took about 6 hours to completely vaporize the liquefied nitrogen in the stainless steel pail.
あらかじめ15mgのn−ヘキサデカンを塗布した金属フィルタ11を油成分回収管12に装着し、油成分を含まない液化窒素(油成分濃度0.1mg/L未満)を、前記同様に、毎分20Lで50分間導入した。液化窒素導入後に金属フィルタ11を取り出し、フロン溶媒25mLで金属フィルタ11に捕捉された油成分を抽出し、赤外分光分析計で分析した結果、14.9mgの油成分が検出された。したがって、金属フィルタに塗布された油成分が99%以上保持されていることが確認された。一方、ステンレスペール缶の内面に同量のn−ヘキサデカンを塗布して液化窒素1.4Lを投入し、前記同様にして液化窒素気化後に50mlのフロン溶媒で抽出した油成分を分析したところ、10mgしか油成分が検出できなかった。これは、液化窒素の気化に伴って油成分の一部が一緒に蒸発してしまったものと思われる。
A metal filter 11 previously coated with 15 mg of n-hexadecane is attached to the oil
11…金属フィルタ、11a…先端ドーム円筒型金属フィルタ、11b…支持部材、12…油成分回収管、13…低温液化ガス導入経路、14…気化ガス導出経路、15…回収入口弁、16…予冷経路、17…放出経路、18…放出弁、19…回収出口弁、20…流量計、21…低温液化ガス容器出口弁、22…低温液化ガス出口経路、23…低温液化ガス容器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Metal filter, 11a ... Tip dome cylindrical metal filter, 11b ... Support member, 12 ... Oil component recovery pipe, 13 ... Low temperature liquefied gas introduction path, 14 ... Vaporized gas outlet path, 15 ... Recovery inlet valve, 16 ... Pre-cooling Path, 17 ... discharge path, 18 ... discharge valve, 19 ... recovery outlet valve, 20 ... flow meter, 21 ... low temperature liquefied gas container outlet valve, 22 ... low temperature liquefied gas outlet path, 23 ... low temperature liquefied gas container
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