JP2753189B2 - Method for purifying krypton and xenon - Google Patents

Method for purifying krypton and xenon

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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ハロゲン化物を含む混
合物からクリプトン及びキセノンを精製する方法に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for purifying krypton and xenon from a mixture containing a halide.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、空気を原料として酸素、窒素、ア
ルゴン等の精留分離が行われているが、さらに近年は、
上記アルゴンに加え、クリプトン、キセノンといった他
の希ガスの需要も高まっており、その生成が試みられて
いる。以下に、その方法の一例を説明する。
2. Description of the Related Art Conventionally, rectification and separation of oxygen, nitrogen, argon and the like have been carried out using air as a raw material.
In addition to the above-mentioned argon, demand for other rare gases such as krypton and xenon is also increasing, and production of such gases is being attempted. Hereinafter, an example of the method will be described.

【0003】 A)クリプトン・キセノン濃縮工程(図4参照) 図4において、クリプトン及びキセノンは、空気分離装
置における精留等上塔70の底部の液体酸素中に濃縮さ
れ、この塔底液がコンデンサ71を通じて第1クリプト
ン塔72の中部にフィード液として供給される。
A) Krypton / Xenon Concentration Step (See FIG. 4) In FIG. 4, krypton and xenon are concentrated in liquid oxygen at the bottom of an upper column 70 for rectification in an air separation device. The feed liquid is supplied to the center of the first krypton tower 72 through the feed 71.

【0004】この第1クリプトン塔72は、上部及び下
部に分けられた棚段式精留塔であり、その頂部には、前
記上塔70の底部から数段上の部分より、クリプトン含
有酸素液が還流液として供給される。そして、この第1
クリプトン塔72底部のリボイラ73からクリプトン濃
縮液が抜き出され、コンデンサ74で空気により加熱さ
れる。ここでガス化分は第1クリプトン塔72の中部に
戻され、残りの濃縮液は、蒸発器75で加熱、ガス化さ
れた後に図略のガスホルダに貯蔵される。
The first krypton tower 72 is a tray type rectification tower divided into an upper part and a lower part. The krypton-containing oxygen solution is placed on the top of the first krypton tower 72 from the part several steps above the bottom of the upper tower 70. Is supplied as a reflux liquid. And this first
The krypton concentrate is withdrawn from the reboiler 73 at the bottom of the krypton tower 72 and is heated by air in the condenser 74. Here, the gasified component is returned to the center of the first krypton tower 72, and the remaining concentrated liquid is heated and gasified by the evaporator 75 and stored in a gas holder (not shown).

【0005】このガスは、ブースタ76で約5〜6kgf/
cm2Gまで圧縮され、650℃に加熱された後、熱交換器7
7を経て酸化アルミナを触媒とする第1触媒塔78へ供
給される。ここで炭化水素分が触媒燃焼し、炭酸ガスと
水蒸気とに分解され、熱交換器78を経た後、合成ゼオ
ライトが充填された吸着塔81で吸着除去される。
This gas is supplied to a booster 76 at about 5 to 6 kgf /
After being compressed to 2 cm and heated to 650 ° C, heat exchanger 7
After that, it is supplied to a first catalyst tower 78 using alumina oxide as a catalyst. Here, the hydrocarbon component is catalytically burned, decomposed into carbon dioxide gas and water vapor, passed through a heat exchanger 78, and adsorbed and removed in an adsorption tower 81 filled with synthetic zeolite.

【0006】残りの混合ガスは、精留塔である第2クリ
プトン塔82のリボイラに加熱源として導入され、自身
は約−130℃まで冷却された後、さらに液体窒素で−160
℃まで冷却され、液体の状態で第2クリプトン塔82の
中部に供給される。この第2クリプトン塔82の底部か
らは、クリプトン及びキセノンを約99%含む濃縮混合物
が抽出される。
The remaining mixed gas is introduced as a heating source into a reboiler of the second krypton column 82, which is a rectification column, and after itself is cooled to about -130 ° C., it is further cooled to -160 ° C. by liquid nitrogen.
C., and supplied to the middle of the second krypton tower 82 in a liquid state. From the bottom of the second krypton tower 82, a concentrated mixture containing about 99% of krypton and xenon is extracted.

【0007】 B)クリプトン・キセノン分離・精製工程(図5参照) 上記混合液貯槽83内に溜められた濃縮混合物は、ヒー
タ88による加熱後、メタン反応塔89に送られ、残存
炭化水素分が炭酸ガスと水蒸気とに分解される。さら
に、冷却器90で冷却後、パラジウム触媒を充填した脱
酸塔91で、水素を添加する触媒燃焼により酸素分が水
として除去される。このような工程を経てクリプトン・
キセノン混合物中の不純物である炭化水素及び酸素の濃
度が許容値まで低減される。
B) Krypton / Xenon Separation / Purification Step (Refer to FIG. 5) The concentrated mixture stored in the mixed liquid storage tank 83 is heated by a heater 88 and then sent to a methane reaction tower 89 to remove residual hydrocarbons. Decomposed into carbon dioxide and water vapor. Further, after cooling in the cooler 90, oxygen is removed as water by catalytic combustion in which hydrogen is added in a deoxidizing tower 91 filled with a palladium catalyst. Through these steps, Krypton
The concentrations of impurities hydrocarbons and oxygen in the xenon mixture are reduced to acceptable values.

【0008】このようにして得られたクリプトン・キセ
ノン濃縮ガスは、合成ゼオライトによる吸着塔94を通
じて分離塔95に導かれ、ここでの精留により、中部か
らは低沸点の高純度クリプトン液が、底部からは高純度
キセノン液が抽出される。各製品はそれぞれクリプトン
貯槽96及びキセノン貯槽97に貯留された後、加熱器
98を通じてシリンダ99に充填される。
The krypton / xenon-enriched gas thus obtained is led to a separation column 95 through an adsorption column 94 made of synthetic zeolite, and by rectification, a high-purity krypton solution having a low boiling point is produced from the center. High purity xenon liquid is extracted from the bottom. Each product is stored in a krypton storage tank 96 and a xenon storage tank 97, respectively, and then charged into a cylinder 99 through a heater 98.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上記方法において、原
料である大気中には微量のハロゲン化物(CF4,S
6,CCl4等)が含まれている。これらハロゲン化物の
大気中における含有率はきわめて微小であるが、上述の
分離・精製で濃縮が進むにつれ、その中のハロゲン化物
の含有率も大幅に上昇し、最終的に製品クリプトン、製
品キセノン中にはそれぞれ約数10ppm、約数10〜数100pp
mのハロゲン化物が含まれることになる。一方、製品ク
リプトン及び製品キセノンはその用途によっては極めて
高い純度が要求される場合があり、この場合には上記ハ
ロゲン化物の除去がどうしても必要となる。
In the above method, a small amount of a halide (CF 4 , S
F 6 , CCl 4, etc.). Although the content of these halides in the atmosphere is extremely small, as the concentration increases in the above-mentioned separation and purification, the content of the halide therein also increases significantly, and finally the krypton and xenon products Each have about 10 ppm, about 10 to several 100 pp
m will be included. On the other hand, the product krypton and the product xenon may be required to have extremely high purity depending on the use, and in this case, the halide must be removed.

【0010】しかしながら、CF4やSF6といったハロ
ゲン化物は化学的に安定しており、その除去が難しく、
これらを簡単な構成で除去する方法の開発が望まれてい
る。
However, halides such as CF 4 and SF 6 are chemically stable and difficult to remove.
It is desired to develop a method for removing these with a simple configuration.

【0011】また、分離手段として精留を用いる場合、
CF4等のように、クリプトンの沸点(−155℃)とキセ
ノンの沸点(−112℃)との間の沸点(CF4は−128
℃)をもつハロゲン化物の除去が難しくなる。
When rectification is used as the separation means,
As in the case of CF 4 or the like, the boiling point (CF 4 is −128 ° C.) between the boiling point of krypton (−155 ° C.) and the boiling point of xenon (−112 ° C.).
C) is difficult to remove.

【0012】そこで、このようなハロゲン化物の除去手
段として、特開平4−149010号公報には、上記希
ガスをカルシウムまたはマグネシウムのゲッター金属と
接触させて希ガス中からハロゲン化物を除去する方法が
示されている。この方法によれば、希ガス中からハロゲ
ン化物を除去することが可能であるが、これに加え、さ
らに効率良くハロゲン化物を除去する方法や、カルシウ
ムまたはマグネシウムを用いずにハロゲン化物を除去す
る方法の開発も望まれている。
As a means for removing such a halide, Japanese Patent Laid-Open No. 4-149010 discloses a method for removing a halide from a rare gas by bringing the rare gas into contact with a getter metal such as calcium or magnesium. It is shown. According to this method, it is possible to remove the halide from the rare gas, but in addition to this, a method of removing the halide more efficiently or a method of removing the halide without using calcium or magnesium The development of is also desired.

【0013】本発明は、このような事情に鑑み、CF4
等のハロゲン化物を含む混合物からクリプトン及びキセ
ノンを簡単な構成で効率良く精製することができる方法
を提供することを目的とする。
[0013] In view of such circumstances, the present invention provides CF 4
It is an object of the present invention to provide a method capable of efficiently purifying krypton and xenon from a mixture containing a halide such as krypton with a simple structure.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、本発明は、クリプトン、キセノン、及び
ハロゲン化物を含む混合物からクリプトン及びキセノン
を精製するための方法であって、上記混合物にカルシウ
ム、マグネシウムの少なくとも一方を接触させて上記ハ
ロゲン化物と反応させ、このハロゲン化物をハロゲン化
カルシウムまたはハロゲン化マグネシウムとして析出除
去した後、残りの混合物を精留塔に導入してクリプトン
とキセノンとを精留分離するものである(請求項1)。
As a means for solving the above problems, the present invention provides a method for purifying krypton and xenon from a mixture containing krypton, xenon, and a halide, the method comprising: At least one of calcium and magnesium is brought into contact with the halide to react with the halide, and the halide is precipitated and removed as calcium halide or magnesium halide.The remaining mixture is introduced into a rectification column to convert krypton and xenon. It is to be rectified and separated (claim 1).

【0015】この方法では、上記ハロゲン化物の除去操
作前に予め上記混合物を脱酸処理しておくことが、より
好ましい(請求項2)。
In this method, it is more preferable that the mixture is subjected to a deoxidizing treatment before the halide removing operation (claim 2).

【0016】また、上記ハロゲン化物の除去操作は、上
記混合物を加熱してこの混合物中の炭化水素を分解した
後、これと連続して行うことにより、後述のようなより
優れた効果が得られる(請求項3)。
Further, the above-mentioned halide removing operation is carried out after heating the above-mentioned mixture to decompose the hydrocarbons in this mixture, and then performing the operation continuously, whereby a more excellent effect as described later can be obtained. (Claim 3).

【0017】また本発明は、クリプトン、キセノン、及
びクリプトンの沸点より高くてキセノンの沸点よりも低
い沸点をもつハロゲン化物を含む混合物からこのハロゲ
ン化物を精留塔で分離除去することによりクリプトン及
びキセノンを精製する方法であって、上記精留塔の塔頂
温度をハロゲン化物の沸点よりも低くかつクリプトンの
沸点よりも高い温度に設定して精留を行い、塔頂から高
純度クリプトンを抽出した後、上記精留塔の塔底温度を
上記ハロゲン化物の沸点よりも高くかつ上記キセノンの
沸点よりも低い温度に変更して精留を行い、塔底から高
純度キセノンを抽出するものである(請求項4)。
The present invention also provides krypton and xenon by separating and removing krypton, xenon, and a halide having a boiling point higher than the boiling point of krypton and lower than the boiling point of xenon in a rectification column. In the method of purifying, the rectification was performed by setting the top temperature of the rectification column to a temperature lower than the boiling point of the halide and higher than the boiling point of krypton, and high-purity krypton was extracted from the top of the column. Thereafter, rectification is performed by changing the bottom temperature of the rectification column to a temperature higher than the boiling point of the halide and lower than the boiling point of xenon, thereby extracting high-purity xenon from the column bottom ( Claim 4).

【0018】なお、上記「ハロゲン化物」はハロゲンと
その他の元素との化合物に限られず、フッ素ガスや塩素
ガス等のハロゲンガスであってもよい。
The "halide" is not limited to a compound of a halogen and another element, but may be a halogen gas such as a fluorine gas or a chlorine gas.

【0019】[0019]

【作用】請求項1記載の方法によれば、まず混合物にカ
ルシウムやマグネシウムを接触させてハロゲン化物と反
応させることにより、このハロゲン化物をハロゲン化カ
ルシウムやハロゲン化マグネシウムとして析出、除去し
た後、残りの混合物を精留塔に導入して上記クリプトン
とキセノンとを精留分離しているので、クリプトンとキ
セノンとを分離してからそれぞれにカルシウムやマグネ
シウムを接触させてハロゲン化物を除去する方法と異な
り、一回のハロゲン化物除去工程でクリプトン及びキセ
ノンの精製を行うことができる。
According to the method of the first aspect, first, calcium and magnesium are brought into contact with the mixture to react with the halide, thereby precipitating and removing the halide as calcium halide and magnesium halide, and then removing the remainder. Since the mixture of krypton and xenon is rectified and separated by introducing the mixture into a rectification column, unlike the method in which krypton and xenon are separated and then contacted with calcium or magnesium to remove halides, respectively. In a single halide removal step, krypton and xenon can be purified.

【0020】さらに、請求項2記載の方法では、ハロゲ
ン化物を除去すべく混合物にカルシウムやマグネシウム
を接触させる前に、予め上記混合物を脱酸処理している
ので、上記カルシウムやマグネシウムの接触時に酸化カ
ルシウムや酸化マグネシウムが生成されることが抑制、
もしくは防止され、その分、ハロゲン化カルシウムやハ
ロゲン化マグネシウムの生成反応であるハロゲン化物の
除去反応が促進される。すなわち、上記カルシウムやマ
グネシウムの酸化防止によって、これらカルシウムやマ
グネシウムのゲッターとしての寿命低下を防止し、一定
量当りのハロゲン化物を除去するのに必要なカルシウム
やマグネシウムの量を削減することができる。
Further, in the method according to the second aspect, the mixture is previously deoxidized before contacting the mixture with calcium or magnesium to remove the halide, so that the mixture is oxidized at the time of contact with the calcium or magnesium. The generation of calcium and magnesium oxide is suppressed,
Or, it is prevented, and the removal reaction of halide, which is the reaction for producing calcium halide and magnesium halide, is accelerated accordingly. That is, by preventing the above-mentioned oxidation of calcium and magnesium, the life of these calcium and magnesium as a getter can be prevented from being shortened, and the amount of calcium and magnesium required for removing a certain amount of halide can be reduced.

【0021】また、これらカルシウムやマグネシウムの
酸化反応は発熱反応であり、この発熱により温度条件が
変化することになるので、これらカルシウムやマグネシ
ウムの酸化反応を防ぐことは、温度条件の変化を抑制す
ることにつながり、その分、ハロゲン化物の除去工程に
おける温度管理がより易しくなる。
The oxidation reaction of calcium and magnesium is an exothermic reaction, and the heat condition changes the temperature condition. Therefore, preventing the oxidation reaction of calcium and magnesium suppresses the change in the temperature condition. This leads to easier temperature control in the halide removal step.

【0022】以上の各反応を起こさせるには加熱を要す
るが、請求項3記載の方法では、上記混合物を加熱して
この混合物中の不純物である炭化水素の分解を行った
後、これと連続して(すなわち混合物の温度をほとんど
降下させずに)上記反応によるハロゲン化物除去を行っ
ているので、上記炭化水素の分解のための加熱を行った
後、混合物を一旦常温付近まで戻し、再びハロゲン化物
除去のための加熱を行う場合に比べ、加熱に要する総熱
量が少ない。
In order to cause each of the above reactions to take place, heating is required. However, in the method according to the third aspect, the mixture is heated to decompose hydrocarbons as impurities in the mixture, and then continuously decomposed. (I.e., without substantially lowering the temperature of the mixture), the halide is removed by the above reaction. After heating for the decomposition of the hydrocarbon, the mixture is once returned to around normal temperature, and the halogen is removed again. The total amount of heat required for heating is smaller than in the case of performing heating for removing oxides.

【0023】また、酸素と同様、炭化水素もカルシウム
やマグネシウムと反応して炭化カルシウムや炭化マグネ
シウムを生成し、ハロゲン化物分解反応に影響を与える
(カルシウムやマグネシウムのゲッターとしての寿命を
縮める)ため、予め炭化水素を除去することは上記ハロ
ゲン化物除去反応の促進につながる。
Also, like oxygen, hydrocarbons react with calcium and magnesium to form calcium and magnesium carbides, which affect the halide decomposition reaction (shortening the life of calcium and magnesium as getters). Removal of the hydrocarbon in advance leads to promotion of the halide removal reaction.

【0024】請求項4記載の方法によれば、まず、上記
精留塔の塔頂温度をハロゲン化物の沸点よりも低くかつ
クリプトンの沸点よりも高い温度(すなわちハロゲン化
物がほとんど全て塔底液に含有される温度)に設定して
精留を行うことにより、塔頂に高純度クリプトンを得る
ことができる。そして、この高純度クリプトンの抽出
後、上記精留塔の塔底温度を上記ハロゲン化物の沸点よ
りも高くかつ上記キセノンの沸点よりも低い温度(すな
わち塔底液にハロゲン化物がほとんど含有されない温
度)に変更して精留を行うことにより、今度は塔底に高
純度キセノンを得ることができる。すなわち、単一の精
留塔によってクリプトン及びキセノンの双方を精製する
ことができる。
According to the fourth aspect of the present invention, first, the top temperature of the rectification column is set to a temperature lower than the boiling point of the halide and higher than the boiling point of krypton (that is, almost all of the halide is contained in the bottom liquid). (Containing temperature), and high-purity krypton can be obtained at the top of the column by rectification. Then, after the extraction of the high-purity krypton, the bottom temperature of the rectification column is higher than the boiling point of the halide and lower than the boiling point of xenon (that is, the temperature at which the halide is hardly contained in the bottom liquid). By performing rectification by changing to, high-purity xenon can be obtained at the bottom of the column. That is, both krypton and xenon can be purified by a single rectification column.

【0025】[0025]

【実施例】本発明の第1実施例を図1に基づいて説明す
る。なお、同図に示すクリプトン塔10は、前記図4に
示した第2クリプトン塔82と同等であり、この第2ク
リプトン塔82に至るまでの工程は、図4に基づいて前
述した工程と同等であるため、ここではその説明を省略
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The krypton tower 10 shown in FIG. 4 is equivalent to the second krypton tower 82 shown in FIG. 4, and the steps leading up to the second krypton tower 82 are the same as the steps described above with reference to FIG. Therefore, the description is omitted here.

【0026】図1において、クリプトン塔10にはクリ
プトン及びキセノンを約600〜2000ppm含有した酸素が供
給され、このクリプトン塔10における精留で、その塔
底には99.9%以上の純度をもつクリプトン・キセノン混
合液が蓄積される。この混合液は、タンク12に約1〜
2週間溜められた後、蒸発器14を経て次の精製工程へ
移される。
In FIG. 1, krypton column 10 is supplied with oxygen containing about 600 to 2000 ppm of krypton and xenon. In the rectification in krypton column 10, the bottom of the krypton column having a purity of 99.9% or more is obtained. A xenon mixture accumulates. About 1 to about 1
After being stored for two weeks, it is transferred to the next purification step via the evaporator 14.

【0027】この精製工程では、まず、反応塔16で混
合ガスが約300℃以上(好ましくは400℃乃至500℃)に
加熱され、メタンを主とする炭化水素成分が加熱分解さ
れる。
In this refining step, first, the mixed gas is heated to about 300 ° C. or higher (preferably 400 ° C. to 500 ° C.) in the reaction tower 16, and the hydrocarbon component mainly containing methane is thermally decomposed.

【0028】その後、この混合気体は冷却器18で冷却
され、上記分解により生成された二酸化炭素や水が吸着
塔20で吸着除去される。残りの混合ガスは脱酸塔22
に送られ、ここで水素ガスが添加されて触媒燃焼が行わ
れることにより、ガス中の酸素成分が水として除去され
る。このような脱酸処理後、混合ガスはハロゲン化物除
去器24へ導入される。
Thereafter, the mixed gas is cooled by the cooler 18, and carbon dioxide and water generated by the decomposition are adsorbed and removed by the adsorption tower 20. The remaining mixed gas is supplied to the deoxidation tower 22
Where hydrogen gas is added and catalytic combustion is performed, whereby oxygen components in the gas are removed as water. After such a deoxidizing treatment, the mixed gas is introduced into the halide remover 24.

【0029】このハロゲン化物除去器24には、カルシ
ウム及びマグネシウムが収容されており、このハロゲン
化物除去器24内に、上記混合ガスが導入され、かつ所
定温度まで加熱されることにより、酸化還元反応が生ず
る。例えば、混合ガス中にハロゲン化物としてCF4
びSF6が含まれている場合には、次のような反応が生
ずる。
The halide remover 24 contains calcium and magnesium, and the mixed gas is introduced into the halide remover 24 and heated to a predetermined temperature, whereby the oxidation-reduction reaction is performed. Occurs. For example, when CF 4 and SF 6 are contained as a halide in the mixed gas, the following reaction occurs.

【0030】[0030]

【化1】 2CF4+5Ca→CaC2+4CaF2 2CF4+5Mg→MgC2+4MgF2 SF6+4Ca→CaS+3CaF2 SF6+4Mg→MgS+3MgF2 これらの反応における反応生成物は全て固相で析出され
るので、これにより混合ガスからのハロゲン化物除去が
実現される。すなわち、このハロゲン化物除去器24内
では、カルシウムやマグネシウムが還元剤として反応
し、いわゆるゲッターと同等の役目を果たすこととな
る。
2CF 4 + 5Ca → CaC 2 + 4CaF 2 2CF 4 + 5Mg → MgC 2 + 4MgF 2 SF 6 + 4Ca → CaS + 3CaF 2 SF 6 + 4Mg → MgS + 3MgF 2 Since all the reaction products in these reactions are deposited in the solid phase, this is Thus, halide removal from the mixed gas is realized. That is, in the halide remover 24, calcium or magnesium reacts as a reducing agent and plays a role equivalent to a so-called getter.

【0031】なお、このハロゲン化物除去の際の加熱温
度は、カルシウム(融点830℃)を用いる場合には600℃
乃至750℃、マグネシウム(融点650℃)を用いる場合に
は500℃乃至600℃に設定するのが好ましい。
The heating temperature for removing the halide is 600 ° C. when calcium (melting point 830 ° C.) is used.
When using magnesium (melting point 650 ° C.), the temperature is preferably set to 500 ° C. to 600 ° C.

【0032】このような除去後、残りのガスは、冷却器
26で冷却、液化され、タンク28に回収された後、精
留塔である分離塔30のリボイラ32に導入される。こ
の分離塔30で精留操作が行われることにより、クリプ
トンとキセノンの分離が行われ、分離塔30の中部から
は高純度クリプトンが、塔底からは高純度キセノンがそ
れぞれ抽出されて、クリプトン液槽34、キセノン液槽
36にそれぞれ貯留される。
After such removal, the remaining gas is cooled and liquefied by a cooler 26, collected in a tank 28, and then introduced into a reboiler 32 of a separation tower 30, which is a rectification tower. By performing the rectification operation in the separation tower 30, krypton and xenon are separated, high-purity krypton is extracted from the center of the separation tower 30, and high-purity xenon is extracted from the bottom of the separation tower 30, and the krypton liquid is extracted. It is stored in the tank 34 and the xenon liquid tank 36, respectively.

【0033】以上のように、この方法では、ハロゲン化
物を含有するクリプトン・キセノンの混合ガスをカルシ
ウム及びマグネシウムと接触させ、反応を起こさせるだ
けの簡単な構成で、上記ハロゲン化物を確実に除去する
ことができる。また、上記反応は比較的低い温度までの
加熱で引き起こすことが可能であり、エネルギの消費も
少ない。
As described above, in this method, a halide-containing krypton / xenon mixed gas is brought into contact with calcium and magnesium, and the halide is reliably removed with a simple structure that only causes a reaction. be able to. In addition, the above reaction can be caused by heating to a relatively low temperature, and energy consumption is low.

【0034】さらに、この実施例方法では、予め脱酸塔
22で混合ガス中の酸素を除去しておき、その後にカル
シウムやマグネシウムと反応させているので、これらカ
ルシウムやマグネシウムが酸素と反応して酸化カルシウ
ムや酸化マグネシウムが生成されるのを防ぎ、もしくは
大幅に抑制することができ、その分、ハロゲン化カルシ
ウムやハロゲン化マグネシウムの反応を促進してハロゲ
ン化物の除去効率を高めることができる。このような方
法は、混合ガス中の酸素含有量が多い場合に特に有効と
なる。
Further, in this embodiment method, since oxygen in the mixed gas is removed in advance in the deoxidizing tower 22 and then reacted with calcium and magnesium, these calcium and magnesium react with oxygen. The generation of calcium oxide and magnesium oxide can be prevented or largely suppressed, and the reaction of calcium halide and magnesium halide can be accelerated to thereby increase the halide removal efficiency. Such a method is particularly effective when the oxygen content in the mixed gas is large.

【0035】具体的に、もし上記ハロゲン化物除去工程
前に脱酸工程を行わないとすると、カルシウム及びマグ
ネシウムの接触時に次の反応を生じ、これによってカル
シウムやマグネシウムが浪費されてそのゲッターとして
の寿命を低下させるおそれがある。
Specifically, if the deoxidizing step is not performed before the halide removing step, the following reaction occurs when calcium and magnesium come into contact with each other, so that calcium and magnesium are wasted and the life as a getter is lost. May be reduced.

【0036】[0036]

【化2】 Ca+(1/2)O2→CaO Mg+(1/2)O2→MgO しかも、この反応は発熱反応であるため、この反応が生
じることによりハロゲン化物除去工程における温度条件
が未確定的に変化し、その温度制御が困難となるおそれ
がある。従って、上記脱酸工程を予め行って(化2)の
反応発生を未然に防ぐことにより、一定のハロゲン化物
を除去するのに要するカルシウム量やマグネシウム量を
削減できるとともに、ハロゲン化物除去工程における温
度制御を容易にすることが可能となる。
## STR2 ## Ca + (1/2) O 2 → CaO Mg + (1/2) O 2 → MgO Moreover, since the reaction is an exothermic reaction, the temperature conditions in the halide-removing step is not selected by this reaction occurs It may change deterministically, making temperature control difficult. Therefore, by performing the deoxidation step in advance and preventing the occurrence of the reaction of (Chemical Formula 2), the amount of calcium and magnesium required for removing a certain amount of halide can be reduced, and the temperature in the halide removal step can be reduced. Control can be facilitated.

【0037】また、上記ハロゲン化物除去工程前に炭化
水素除去工程を行わないとすると、カルシウム及びマグ
ネシウムの接触時に次の反応を生じるおそれがある。
If the hydrocarbon removal step is not performed before the halide removal step, the following reaction may occur when calcium and magnesium come into contact.

【0038】[0038]

【化3】 Ca+Cnm→CaC2+C(n-2)m Mg+Cnm→MgC2+C(n-2)m しかしながら、この実施例方法では、予め炭化水素除去
を行った後にハロゲン化物除去工程を行っているので、
上記のような炭化カルシウムや炭化マグネシウムの生成
反応の発生を防ぐことができ、その分、一定量のハロゲ
ン化物を除去するのに要するカルシウム量やマグネシウ
ム量を削減することができる。
## STR3 ## Ca + C n H m → CaC 2 + C (n-2) H m Mg + C n H m → MgC 2 + C (n-2) H m However, later in this example method, performing the pre-hydrocarbon removal Since the halide removal process is performed,
It is possible to prevent the above-described generation reaction of calcium carbide and magnesium carbide from occurring, and accordingly, it is possible to reduce the amount of calcium and magnesium required for removing a certain amount of halide.

【0039】次に、第2実施例を図2に基づいて説明す
る。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG.

【0040】この実施例では、前記第1実施例における
反応器16のすぐ下流側にハロゲン化物除去器24を配
置し、反応器16で混合ガスの加熱による炭化水素分の
燃焼、除去を行った後、そのまま連続して(すなわち冷
却せずに)ハロゲン化物の除去反応を起こさせるように
している。
In this embodiment, the halide remover 24 is disposed immediately downstream of the reactor 16 in the first embodiment, and the reactor 16 burns and removes hydrocarbons by heating the mixed gas. Thereafter, the halide removal reaction is continuously performed (that is, without cooling).

【0041】このような方法によれば、混合ガスは上記
反応器16で予め約400〜500℃まで加熱された状態でハ
ロゲン化物除去器24に導入されるので、このハロゲン
化物除去器24では、例えばゲッターとしてカルシウム
を用いた場合、上記混合ガスの温度をあと100℃〜350℃
だけ追加的に高めればよいことになる。従って、上記炭
化水素分の分解反応及びハロゲン化物の除去反応を個別
に実行する方法に比べ、両反応を生じさせるのに必要な
総熱量をより低減させることができ、省エネルギ化を果
たすことができる。
According to such a method, the mixed gas is introduced into the halide remover 24 while being heated to about 400 to 500 ° C. in the reactor 16 in advance. For example, when calcium is used as a getter, the temperature of the mixed gas is further increased by 100 ° C. to 350 ° C.
The only thing we need to do is add extra. Therefore, the total amount of heat required to cause both the hydrocarbon decomposition reaction and the halide removal reaction can be further reduced as compared with the method in which the two reactions are separately performed, thereby achieving energy saving. it can.

【0042】具体的に、混合物を常温から炭化水素分解
に要する温度(例えば400℃)まで加熱するのに要する
熱量をQ1(kcal)、混合物を常温からハロゲン化物除去
に要する温度(例えば700℃)まで加熱するのに要する
熱量をQ2(kcal)とすると、炭化水素分解のための加熱
を行ってから一旦混合物を常温に戻し、再びハロゲン化
物除去のための加熱を行う方法では(Q1+Q2)(kca
l)の熱量を要するのに対し、本実施例方法によれば、Q
2(kcal)の熱量で両反応を生じさせることが可能にな
る。
Specifically, the amount of heat required to heat the mixture from room temperature to a temperature required for hydrocarbon decomposition (eg, 400 ° C.) is Q1 (kcal), and the mixture is heated from room temperature to a temperature required for removing halides (eg, 700 ° C.). Assuming that the amount of heat required for heating up to Q2 is k2 (kcal), in a method in which heating for hydrocarbon decomposition is performed, the mixture is once returned to normal temperature, and heating is performed again for halide removal, (Q1 + Q2) (kca)
l), the method according to this embodiment requires Q.
It is possible to cause both reactions with a calorific value of 2 (kcal).

【0043】また、炭化水素をハロゲン化物除去工程前
に除去しているので、前記第1実施例と同様、炭化水素
とカルシウムやマグネシウムとの反応によるゲッター寿
命低下を防ぐことができる。
Further, since the hydrocarbons are removed before the halide removing step, similarly to the first embodiment, it is possible to prevent the getter life from being shortened by the reaction between the hydrocarbons and calcium or magnesium.

【0044】次に、第3実施例を説明する。この実施例
では、前記図1に示した装置において、ハロゲン化物除
去器24を省略し、単一の分離塔30で、クリプトン・
キセノンの分離とともに、クリプトンの沸点(−155
℃)とキセノンの沸点(−112℃)との間の沸点をもつ
ハロゲン化物、例えばCF4(沸点−128℃)の除去を行
うようにしている。具体的には、次のようなバッチ処理
を行う。
Next, a third embodiment will be described. In this embodiment, in the apparatus shown in FIG. 1 described above, the halide remover 24 is omitted, and a single separation tower 30 is used.
With the separation of xenon, the boiling point of krypton (-155
Halides having a boiling point between ° C.) and xenon boiling point (-112 ° C.), for example, CF 4 (so that the removal of the boiling point -128 ° C.). Specifically, the following batch processing is performed.

【0045】I)第1工程:分離塔30の塔底温度をハ
ロゲン化物の沸点よりも低くかつクリプトンの沸点より
も高い温度に設定して精留を行う。これにより、ハロゲ
ン化物はほぼ全て塔底液に含まれることとなるので、塔
頂から高純度クリプトンを抽出する。
I) First Step: The rectification is performed by setting the bottom temperature of the separation column 30 to a temperature lower than the boiling point of the halide and higher than the boiling point of krypton. As a result, almost all the halide is contained in the bottom liquid, and high-purity krypton is extracted from the top of the tower.

【0046】II)第2工程:クリプトン抽出後、同じ分
離塔30の塔底温度を上記ハロゲン化物の沸点よりも高
くかつ上記キセノンの沸点よりも低い温度に変更して精
留を行う。これにより、ハロゲン化物はほとんど塔底液
に含まれなくなるので、塔底から高純度キセノンを抽出
する。
II) Second step: After the krypton extraction, the rectification is performed by changing the bottom temperature of the same separation column 30 to a temperature higher than the boiling point of the halide and lower than the boiling point of xenon. Thereby, almost no halide is contained in the bottom liquid, and high-purity xenon is extracted from the bottom.

【0047】このような方法によれば、クリプトン・キ
セノン混合ガスに両者の沸点の間の沸点を持つハロゲン
化物が含有されていても、複数の精留塔を用いることな
く、単一の精留塔で上記ハロゲン化物を簡単に除去する
ことができる。
According to such a method, even if a krypton / xenon mixed gas contains a halide having a boiling point between both boiling points, a single rectification can be performed without using a plurality of rectification columns. The halide can be easily removed in a column.

【0048】なお、本発明にかかる上記第1,2実施例
では、混合ガスからハロゲン化物を除去した後に、クリ
プトンとキセノンの分離を行うようにしているのに対
し、図3に示すように、混合ガスがハロゲン化物を含有
したままの状態で分離塔30に導入し、クリプトン液槽
34及びキセノン液槽36に貯留されたクリプトン液及
びキセノン液からそれぞれ個別にハロゲン化物除去器2
4でハロゲン化物を反応除去するようにしてもクリプト
ン及びキセノンの分離は可能であるが、上記第1,第2
実施例の方法を実施することにより、1回のハロゲン化
物除去操作でクリプトンとキセノンの双方を精製するこ
とが可能となる。
In the first and second embodiments according to the present invention, krypton and xenon are separated after the halide is removed from the mixed gas. On the other hand, as shown in FIG. The mixed gas is introduced into the separation tower 30 in a state of containing the halide, and the halide remover 2 is individually separated from the krypton liquid and the xenon liquid stored in the krypton liquid tank 34 and the xenon liquid tank 36, respectively.
Although krypton and xenon can be separated by reacting and removing the halide in Step 4, the first and second kneads can be separated.
By carrying out the method of the example, it becomes possible to purify both krypton and xenon in one halide removal operation.

【0049】第1実施例及び第2実施例では、除去対象
となるハロゲン化物は上述のCF4やSF6に限らず、そ
の他、例えばF2やCl2といったハロゲンガス、H
F,HClといったハロゲン化水素、NF3やOF2
いったハロゲン化窒素やハロゲン化酸素、CCl4
CF3といったその他のハロゲン化炭素、SF5といっ
たその他のハロゲン化硫黄に適用が可能である。このう
ち、第3実施例の方法は、クリプトンの沸点よりも高く
てキセノンの沸点よりも低いハロゲン化物、すなわちN
3(沸点−129℃)やOF2(沸点−144.9℃)等の除去
に有効となる。
In the first and second embodiments, the halide to be removed is not limited to the above-mentioned CF 4 and SF 6 , but may be halogen gas such as F 2 or Cl 2 , H 2
Hydrogen halides such as F and HCl, nitrogen halides and oxygen halides such as NF 3 and OF 2 , CCl 4 ,
It is applicable to other halogenated carbons such as CF 3 and other sulfur halides such as SF 5 . Among them, the method of the third embodiment is based on a halide higher than the boiling point of krypton and lower than the boiling point of xenon, that is, N 2
It is effective for removing F 3 (boiling point −129 ° C.) and OF 2 (boiling point −144.9 ° C.).

【0050】また、上記第1実施例及び第2実施例では
カルシウムとマグネシウムの双方を用いているが、本発
明ではいずれか一方でもハロゲン化物の除去が可能であ
る。
In the first and second embodiments, both calcium and magnesium are used, but in the present invention, any one of them can remove the halide.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば次の効果
を得ることができる。
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.

【0052】請求項1記載の方法は、予めクリプトン、
キセノン、及びハロゲン化物を含む混合物にカルシウム
やマグネシウムを接触させてハロゲン化物を除去してお
き、その後に残りの混合物を精留塔に導入してクリプト
ンとキセノンとを精留分離するものであるので、クリプ
トンとキセノンとを分離してからそれぞれにカルシウム
やマグネシウムを接触させてハロゲン化物を除去する方
法と異なり、一回のハロゲン化物除去工程でクリプトン
及びキセノン双方の精製をより低廉に行うことができる
効果がある。
The method according to claim 1 is characterized in that krypton,
Xenon and a mixture containing a halide are contacted with calcium or magnesium to remove the halide, and then the remaining mixture is introduced into a rectification column to rectify and separate krypton and xenon. Unlike the method of separating krypton and xenon and then contacting calcium and magnesium with each other to remove halide, purification of both krypton and xenon can be performed at a lower cost in a single halide removal step. effective.

【0053】さらに、請求項2記載の方法では、上記ハ
ロゲン化物を除去する際、上記カルシウムやマグネシウ
ムの接触前に、混合物を予め脱酸処理しているので、上
記カルシウムやマグネシウムの接触時における酸化カル
シウムや酸化マグネシウムの生成を抑制、もしくは防止
する分、カルシウムやマグネシウムのゲッターとしての
寿命低下を防ぎ、ハロゲン化カルシウムやハロゲン化マ
グネシウムの生成反応であるハロゲン化物の除去反応を
促進することができ、これにより、一定量のハロゲン化
物を除去するのに要するカルシウムやマグネシウムの量
を削減することができる。しかも、上記カルシウムやマ
グネシウムの酸化反応は発熱反応であるため、この反応
を未然防止することにより、ハロゲン化物除去の際の温
度制御をより容易化することができる効果がある。
Further, in the method according to the second aspect, when the halide is removed, the mixture is pre-deoxidized before the contact with the calcium or magnesium. By suppressing or preventing the generation of calcium and magnesium oxide, it is possible to prevent a decrease in the life of the calcium and magnesium as a getter, and to promote a halide removal reaction which is a generation reaction of calcium halide and magnesium halide, Thereby, the amount of calcium and magnesium required for removing a certain amount of halide can be reduced. Moreover, since the oxidation reaction of calcium and magnesium is an exothermic reaction, by preventing this reaction beforehand, there is an effect that the temperature control at the time of removing the halide can be more easily performed.

【0054】また、請求項3記載の方法では、上記混合
物に不純物として炭化水素成分が含まれている場合、ま
ずこの混合物を加熱して上記炭化水素の分解を行った
後、これと連続して上記反応によるハロゲン化物除去を
行っているので、上記炭化水素の分解反応とハロゲン化
物除去反応とをそれぞれ単独で行う場合、すなわち、炭
化水素の分解のために加熱を行ってから混合物の温度を
常温等まで戻し、さらにハロゲン化物除去のための加熱
を行う場合に比べ、加熱に要する総熱量をより削減する
ことができ、省エネルギ化を果たすことができる効果が
ある。また、上記炭化水素はカルシウムやマグネシウム
と反応して炭化カルシウムや炭化マグネシウムを生成
し、カルシウムやマグネシウムのゲッターとしての寿命
を低下させるため、この炭化水素を混合物から除去した
後にハロゲン化物除去を行うことにより、一定量のハロ
ゲン化物を除去するのに要するカルシウムやマグネシウ
ムの量を削減することができる。
In the method according to the third aspect, when the mixture contains a hydrocarbon component as an impurity, the mixture is first heated to decompose the hydrocarbon, and then continuously. Since the halide removal by the above reaction is performed, when the hydrocarbon decomposition reaction and the halide removal reaction are each performed independently, that is, after heating for hydrocarbon decomposition, the temperature of the mixture is set to room temperature. And the like, and the total amount of heat required for heating can be further reduced as compared with the case of performing heating for removing halides. In addition, the hydrocarbons react with calcium and magnesium to produce calcium carbide and magnesium carbide, and to reduce the life of the calcium and magnesium as getters, it is necessary to remove halides after removing the hydrocarbons from the mixture. Thereby, the amount of calcium and magnesium required for removing a certain amount of halide can be reduced.

【0055】請求項4記載の方法は、精留塔の塔頂温度
をハロゲン化物の沸点よりも低くかつクリプトンの沸点
よりも高い温度に設定して精留を行い、塔頂から高純度
クリプトンを抽出した後、上記精留塔の塔底温度を上記
ハロゲン化物の沸点よりも高くかつ上記キセノンの沸点
よりも低い温度に変更して精留を行い、塔底から高純度
キセノンを抽出するものであるので、混合物中にクリプ
トンの沸点とキセノンの沸点の間の沸点を持つハロゲン
化物が含まれる場合にも、単一の精留塔からなる安価な
設備で、上記ハロゲン化物を除去しながら高純度クリプ
トン及び高純度キセノンの双方を精製することができる
効果がある。
According to a fourth aspect of the present invention, the rectification is performed by setting the top temperature of the rectification column to a temperature lower than the boiling point of the halide and higher than the boiling point of krypton. After extraction, rectification is performed by changing the bottom temperature of the rectification column to a temperature higher than the boiling point of the halide and lower than the boiling point of xenon, and extracting high-purity xenon from the bottom. Therefore, even if the mixture contains a halide having a boiling point between the boiling points of krypton and xenon, the inexpensive equipment consisting of a single rectification column can be used to remove the halide and achieve high purity. There is an effect that both krypton and high-purity xenon can be purified.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施例を示すフローシートであ
る。
FIG. 1 is a flow sheet showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2実施例を示すフローシートであ
る。
FIG. 2 is a flow sheet showing a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明とは異なる実施例を示すフローシートで
ある。
FIG. 3 is a flow sheet showing an example different from the present invention.

【図4】従来のクリプトン・キセノン生成方法における
クリプトン・キセノン濃縮工程を示すフローシートであ
る。
FIG. 4 is a flow sheet showing a krypton / xenon enrichment step in a conventional krypton / xenon production method.

【図5】上記方法におけるクリプトン・キセノン分離精
製工程を示すフローシートである。
FIG. 5 is a flow sheet showing a krypton / xenon separation / purification step in the above method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 クリプトン塔 16 反応塔 20 吸着塔 22 脱酸塔 24 ハロゲン化物除去器 30 分離塔(精留塔) DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Krypton tower 16 Reaction tower 20 Adsorption tower 22 Deoxidation tower 24 Halide remover 30 Separation tower (rectification tower)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石山 啓一 神戸市中央区脇浜町1丁目3番18号 株 式会社神戸製鋼所 神戸本社内 (72)発明者 大山 隆司 神戸市中央区脇浜町1丁目3番18号 株 式会社神戸製鋼所 神戸本社内 (72)発明者 森本 智志 神戸市中央区脇浜町1丁目3番18号 株 式会社神戸製鋼所 神戸本社内 (56)参考文献 特開 平4−149010(JP,A) 特開 平6−122508(JP,A) 特開 昭62−266381(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C01B 23/00──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Keiichi Ishiyama 1-3-18 Wakihamacho, Chuo-ku, Kobe Kobe Steel, Ltd. Kobe Head Office (72) Inventor Takashi Oyama 1-chome, Wakihamacho, Chuo-ku, Kobe-shi No. 3-18 Kobe Steel, Ltd.Kobe Head Office (72) Inventor Satoshi Morimoto 1-3-18 Wakihama-cho, Chuo-ku, Kobe Kobe Steel Co., Ltd.Kobe Head Office (56) References JP4 149010 (JP, A) JP-A-6-122508 (JP, A) JP-A-62-266381 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) C01B 23/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 クリプトン、キセノン、及びハロゲン化
物を含む混合物からクリプトン及びキセノンを精製する
ための方法であって、上記混合物にカルシウム、マグネ
シウムの少なくとも一方を接触させて上記ハロゲン化物
と反応させ、このハロゲン化物をハロゲン化カルシウム
またはハロゲン化マグネシウムとして析出除去した後、
残りの混合物を精留塔に導入してクリプトンとキセノン
とを精留分離することを特徴とするクリプトン及びキセ
ノンの精製方法。
1. Krypton, xenon, and halogenated
Of krypton and xenon from mixtures containing waste
A method for calcium to the above mixture, is brought into contact with at least one of magnesium is reacted with the halide, calcium halide this halide
Or after precipitation and removal as magnesium halide,
Krypton and xenon, wherein the remaining mixture is introduced into a rectification column to rectify and separate krypton and xenon.
Non purification method.
【請求項2】 請求項1記載のクリプトン及びキセノン
の精製方法において、上記混合物にカルシウム、マグネ
シウムの少なくとも一方を接触させる前に予め上記混合
物を脱酸処理しておくことを特徴とするクリプトン及び
キセノンの精製方法。
2. Krypton and xenon according to claim 1.
In the purification method , krypton characterized in that the mixture is pre-deoxidized before contacting the mixture with at least one of calcium and magnesium.
Xenon purification method.
【請求項3】 請求項1または2記載のクリプトン及び
キセノンの精製方法において、予め上記混合物を加熱し
てこの混合物中の炭化水素を分解し、その後、これと連
続して、上記混合物にカルシウム、マグネシウムの少な
くとも一方を接触させて上記ハロゲン化物と反応させ、
このハロゲン化物をハロゲン化カルシウムまたはハロゲ
ン化マグネシウムとして析出除去することを特徴とする
クリプトン及びキセノンの精製方法。
3. Krypton according to claim 1 or 2, and
In the method of purifying xenon, the mixture is heated in advance to decompose hydrocarbons in the mixture, and subsequently, the mixture is contacted with at least one of calcium and magnesium to react with the halide. ,
The halide is precipitated and removed as calcium halide or magnesium halide.
A method for purifying krypton and xenon.
【請求項4】 クリプトン、キセノン、及びクリプトン
の沸点より高くてキセノンの沸点よりも低い沸点をもつ
ハロゲン化物を含む混合物からこのハロゲン化物を精留
塔で分離除去することによりクリプトン及びキセノンを
精製する方法であって、上記精留塔の塔頂温度をハロゲ
ン化物の沸点よりも低くかつクリプトンの沸点よりも高
い温度に設定して精留を行い、塔頂から高純度クリプト
ンを抽出した後、上記精留塔の塔底温度を上記ハロゲン
化物の沸点よりも高くかつ上記キセノンの沸点よりも低
い温度に変更して精留を行い、塔底から高純度キセノン
を抽出することを特徴とするクリプトン及びキセノンの
精製方法。
4. Krypton and xenon are separated from a mixture containing krypton, xenon, and a halide having a boiling point higher than the boiling point of krypton and lower than the boiling point of xenon in a rectifying column to remove krypton and xenon.
A method for purification, wherein rectification is performed by setting the top temperature of the rectification column to a temperature lower than the boiling point of the halide and higher than the boiling point of krypton, and extracting high-purity krypton from the top of the column. Rectifying the bottom temperature of the rectification column to a temperature higher than the boiling point of the halide and lower than the boiling point of the xenon, and extracting high-purity xenon from the bottom. Of krypton and xenon
Purification method.
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