JP3292995B2 - ガスの精製方法および装置 - Google Patents
ガスの精製方法および装置Info
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
- C01B3/508—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by selective and reversible uptake by an appropriate medium, i.e. the uptake being based on physical or chemical sorption phenomena or on reversible chemical reactions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
- C01B21/04—Purification or separation of nitrogen
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C01B23/00—Noble gases; Compounds thereof
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- Analytical Chemistry (AREA)
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- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本願発明は、微量の水素を不純物
として含むガスから上記不純物水素を除去する精製を行
う方法およびその装置に関する。
として含むガスから上記不純物水素を除去する精製を行
う方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】Ｈｅ、Ａｒ、Ｎ2 等の不活性ガスは、半
導体製造や化学工業、あるいは製鋼業等の分野で多量に
使用されており、この不活性ガスを回収し、再利用する
ために、不純物を除去する精製を行う方法が種々検討さ
れている。不純物がＣＯやＣＯ 2 、Ｏ2 、あるいはＨ2
Ｏ等である場合には、吸着や触媒燃焼方法等によって簡
便に原料ガスを精製することができる。
導体製造や化学工業、あるいは製鋼業等の分野で多量に
使用されており、この不活性ガスを回収し、再利用する
ために、不純物を除去する精製を行う方法が種々検討さ
れている。不純物がＣＯやＣＯ 2 、Ｏ2 、あるいはＨ2
Ｏ等である場合には、吸着や触媒燃焼方法等によって簡
便に原料ガスを精製することができる。
【０００３】しかし、水素が不純物として含まれている
場合には、水素があらゆるガスの中で最も吸着しにくい
特性をもっているために吸着剤として適当なものがな
く、一般には、触媒の存在下、酸化反応により水素を水
に換えた後、除湿剤や乾燥剤等を用いてこの水を除去す
るという方法が採用されているのみであった。
場合には、水素があらゆるガスの中で最も吸着しにくい
特性をもっているために吸着剤として適当なものがな
く、一般には、触媒の存在下、酸化反応により水素を水
に換えた後、除湿剤や乾燥剤等を用いてこの水を除去す
るという方法が採用されているのみであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、触媒技
術を用いて酸化反応によって水素を水に変えた後、この
水を除去するという技術を用いる場合、水素１モルに対
し、１／２モルに相当する量の酸素を正確に添加してた
とえば白金系の触媒上で酸化反応させる。しかし、第一
に、微量水素濃度を工業的に検知する分析計の精度には
いまだ難点があること、第二に、水素量の１／２モルに
相当する酸素量を正確かつ精密に制御しながら添加する
方法が技術的に困難であること、により、原料ガス中に
水素または酸素が残らないように完全に除去するには、
非常な困難性がある。
術を用いて酸化反応によって水素を水に変えた後、この
水を除去するという技術を用いる場合、水素１モルに対
し、１／２モルに相当する量の酸素を正確に添加してた
とえば白金系の触媒上で酸化反応させる。しかし、第一
に、微量水素濃度を工業的に検知する分析計の精度には
いまだ難点があること、第二に、水素量の１／２モルに
相当する酸素量を正確かつ精密に制御しながら添加する
方法が技術的に困難であること、により、原料ガス中に
水素または酸素が残らないように完全に除去するには、
非常な困難性がある。
【０００５】一方、水素ガスを一時的に担持するための
技術として、いわゆる水素吸蔵合金を用いる技術があ
る。しかしながら、この水素吸蔵合金は、従来、概して
高濃度の水素を一時的に吸蔵するためにのみ用いられて
おり、低濃度の水素を完全に除去するための担体として
用いられることはなかった。そして、この水素吸蔵合金
を用いて水素を一時的に担持する技術においては、水素
吸蔵後の水素吸蔵合金を再生するために、これを高温加
熱する必要があり、このため、水素吸蔵と再生とを繰り
返していくうちに、水素吸蔵合金の劣化がみられ、長期
間の繰り返し使用に耐えられないという問題もあった。
技術として、いわゆる水素吸蔵合金を用いる技術があ
る。しかしながら、この水素吸蔵合金は、従来、概して
高濃度の水素を一時的に吸蔵するためにのみ用いられて
おり、低濃度の水素を完全に除去するための担体として
用いられることはなかった。そして、この水素吸蔵合金
を用いて水素を一時的に担持する技術においては、水素
吸蔵後の水素吸蔵合金を再生するために、これを高温加
熱する必要があり、このため、水素吸蔵と再生とを繰り
返していくうちに、水素吸蔵合金の劣化がみられ、長期
間の繰り返し使用に耐えられないという問題もあった。
【０００６】ところで、水素以外の、たとえば、Ｏ2 、
ＣＯ、ＣＯ2 、ＣＨ4 、Ｈ2 Ｏをも吸着しうるという上
記水素吸蔵合金の別の側面を利用してＮ2 、Ａｒ、Ｎ
ｅ、Ｈｅ等に代表される希ガス中に含まれる不純物ガス
を除去する技術がたとえば特開昭５７−１５６３０８号
公報あるいは特開昭５７−１５６３１４号公報に開示さ
れている。しかしながら、かかる公報に開示された方法
は、水素を除去する方法ではなく、また、使用後の水素
吸蔵合金は、加熱操作によって再生するとの記載があ
り、したがって、これらの公報に開示された技術におい
ても、水素吸蔵合金の再生方法において、加熱操作を用
いた従前の方法を踏襲しているに過ぎず、水素吸蔵合金
の性能の長期間維持においてなお問題がある。
ＣＯ、ＣＯ2 、ＣＨ4 、Ｈ2 Ｏをも吸着しうるという上
記水素吸蔵合金の別の側面を利用してＮ2 、Ａｒ、Ｎ
ｅ、Ｈｅ等に代表される希ガス中に含まれる不純物ガス
を除去する技術がたとえば特開昭５７−１５６３０８号
公報あるいは特開昭５７−１５６３１４号公報に開示さ
れている。しかしながら、かかる公報に開示された方法
は、水素を除去する方法ではなく、また、使用後の水素
吸蔵合金は、加熱操作によって再生するとの記載があ
り、したがって、これらの公報に開示された技術におい
ても、水素吸蔵合金の再生方法において、加熱操作を用
いた従前の方法を踏襲しているに過ぎず、水素吸蔵合金
の性能の長期間維持においてなお問題がある。
【０００７】本願発明は、上述の事情のもとで考えださ
れたものであって、たとえば、上記した酸化反応を利用
する水素除去操作の後においてもなお低濃度で残存する
不純物水素を、簡便な方法により、しかも水素吸着媒体
の劣化を惹起させることなく、ほぼ完全に除去するため
の方法および装置を提供することをその課題としてい
る。
れたものであって、たとえば、上記した酸化反応を利用
する水素除去操作の後においてもなお低濃度で残存する
不純物水素を、簡便な方法により、しかも水素吸着媒体
の劣化を惹起させることなく、ほぼ完全に除去するため
の方法および装置を提供することをその課題としてい
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本願発明では、次の各技術的手段を講じている。本
願の請求項１に記載したガスの精製方法は、１００００
ｐｐｍ以下の微量水素を不純物として含む精製前ガスか
ら上記不純物水素を除去する精製を行う方法であって、
(a) 水素吸蔵合金を充填した容器中に上記精製前ガスを
通過させ、上記不純物水素が上記水素吸蔵合金に吸蔵さ
れることによって除去された精製ガスを得るステップ、
(b) 上記容器中の水素吸蔵合金を真空圧で脱気して再生
するステップ、を含むことを特徴としている。
め、本願発明では、次の各技術的手段を講じている。本
願の請求項１に記載したガスの精製方法は、１００００
ｐｐｍ以下の微量水素を不純物として含む精製前ガスか
ら上記不純物水素を除去する精製を行う方法であって、
(a) 水素吸蔵合金を充填した容器中に上記精製前ガスを
通過させ、上記不純物水素が上記水素吸蔵合金に吸蔵さ
れることによって除去された精製ガスを得るステップ、
(b) 上記容器中の水素吸蔵合金を真空圧で脱気して再生
するステップ、を含むことを特徴としている。
【０００９】本願の請求項２に記載したガス精製装置
は、１００００ｐｐｍ以下の微量水素を不純物として含
む精製前ガスから上記不純物水素を除去する精製を行う
ための装置であって、上記精製前ガスが選択的に導入さ
れ、かつ、それぞれの内部に水素吸蔵合金が充填された
複数個の容器と、上記各容器に選択的に導通させられる
精製ガス導出管と、上記各容器に選択的に導通させられ
る真空源と、を備えることを特徴としている。
は、１００００ｐｐｍ以下の微量水素を不純物として含
む精製前ガスから上記不純物水素を除去する精製を行う
ための装置であって、上記精製前ガスが選択的に導入さ
れ、かつ、それぞれの内部に水素吸蔵合金が充填された
複数個の容器と、上記各容器に選択的に導通させられる
精製ガス導出管と、上記各容器に選択的に導通させられ
る真空源と、を備えることを特徴としている。
【００１０】本願の請求項３に記載したガス精製方法
は、上記請求項２の装置を用いた方法であって、上記複
数個の容器のうち、順次切り換え選択される一つに上記
精製前ガスを通過させて不純物水素を除去した精製ガス
を上記精製ガス導出管に導出させる間、他の容器を上記
真空源に導通させてその内部の水素吸蔵合金を脱気再生
することにより、ガス精製を連続的に行うようにしたこ
とを特徴としている。
は、上記請求項２の装置を用いた方法であって、上記複
数個の容器のうち、順次切り換え選択される一つに上記
精製前ガスを通過させて不純物水素を除去した精製ガス
を上記精製ガス導出管に導出させる間、他の容器を上記
真空源に導通させてその内部の水素吸蔵合金を脱気再生
することにより、ガス精製を連続的に行うようにしたこ
とを特徴としている。
【００１１】また、水素吸蔵合金は、各容器への装填に
あたり、あらかじめ水素を加圧下で吸蔵させた後真空圧
下で水素を放出させる操作を一回以上行って活性化させ
ておくことが好ましい（請求項４）。
あたり、あらかじめ水素を加圧下で吸蔵させた後真空圧
下で水素を放出させる操作を一回以上行って活性化させ
ておくことが好ましい（請求項４）。
【００１２】さらに、上記１００００ｐｐｍ以下の微量
水素を不純物として含む精製前ガスとしては、Ｈｅガ
ス、ＡｒガスまたはＮ2 ガス等がある（請求項５）。
水素を不純物として含む精製前ガスとしては、Ｈｅガ
ス、ＡｒガスまたはＮ2 ガス等がある（請求項５）。
【００１３】さらに、容器中に上記精製前ガスを通過さ
せて不純物水素を除去する操作に用いる圧力は、大気圧
以上１０kg／cm2G（ゲージ圧）未満であることが好まし
い（請求項６）。
せて不純物水素を除去する操作に用いる圧力は、大気圧
以上１０kg／cm2G（ゲージ圧）未満であることが好まし
い（請求項６）。
【００１４】さらに、水素吸蔵合金を脱気再生するため
の真空圧としては、１００Ｔｏｒｒ未満とすることが好
ましい（請求項７）。
の真空圧としては、１００Ｔｏｒｒ未満とすることが好
ましい（請求項７）。
【００１５】
【発明の作用および効果】水素吸蔵合金を充填した容器
中に上記精製前ガスを通過させると、この精製前ガスに
含まれている１００００ｐｐｍ以下の微量水素は、上記
水素吸蔵合金に吸蔵されることによって除去される。こ
の不純物水素を除去する精製工程が継続すると、水素吸
蔵合金の水素吸蔵能力が低下し、再生が必要となるが、
本願発明では、かかる水素吸蔵合金の再生を、上記容器
を真空圧として水素吸蔵合金を脱気することによって行
っている。
中に上記精製前ガスを通過させると、この精製前ガスに
含まれている１００００ｐｐｍ以下の微量水素は、上記
水素吸蔵合金に吸蔵されることによって除去される。こ
の不純物水素を除去する精製工程が継続すると、水素吸
蔵合金の水素吸蔵能力が低下し、再生が必要となるが、
本願発明では、かかる水素吸蔵合金の再生を、上記容器
を真空圧として水素吸蔵合金を脱気することによって行
っている。
【００１６】ところで、水素が水素吸蔵合金に吸蔵され
るメカニズムは、まず水素が金属表面に吸着させられ、
表面で水素原子となって金属内部に侵入溶解してゆくと
いわれており、一般的な水素吸蔵特性は、図２に示され
るようになる。図２において符号Ａで示す平衡水素圧力
のわずかな上昇に伴って水素吸蔵能力が急激に増加する
領域は、一般的にプラトーと呼ばれており、通常この種
の水素吸蔵合金を本来の目的である水素の貯蔵手段とし
て利用する場合、かかる領域が使用される。本願発明で
は、１００００ｐｐｍ以下という微量水素を含むガスか
ら水素を除去することを前提としているため、図２にお
いて符号Ｂで示す領域、すなわち、平衡水素圧力の絶対
値が小さく、この圧力変動にともなって水素吸蔵量が比
例的に増減する領域を特に利用するものであるといえ
る。
るメカニズムは、まず水素が金属表面に吸着させられ、
表面で水素原子となって金属内部に侵入溶解してゆくと
いわれており、一般的な水素吸蔵特性は、図２に示され
るようになる。図２において符号Ａで示す平衡水素圧力
のわずかな上昇に伴って水素吸蔵能力が急激に増加する
領域は、一般的にプラトーと呼ばれており、通常この種
の水素吸蔵合金を本来の目的である水素の貯蔵手段とし
て利用する場合、かかる領域が使用される。本願発明で
は、１００００ｐｐｍ以下という微量水素を含むガスか
ら水素を除去することを前提としているため、図２にお
いて符号Ｂで示す領域、すなわち、平衡水素圧力の絶対
値が小さく、この圧力変動にともなって水素吸蔵量が比
例的に増減する領域を特に利用するものであるといえ
る。
【００１７】図２において符号Ａに示す領域の特性を用
いて高濃度の水素を貯蔵する場合には、上記水素吸蔵メ
カニズムの進行にともなって熱が発生するが、本願発明
においては、符号Ｂに示す領域の特性を用いて水素を吸
蔵させるため精製前ガスに含まれる不純物水素濃度が１
００００ｐｐｍ以下という微量であることが前提となっ
ている。従って水素吸蔵合金による水素吸蔵メカニズム
の進行によっても、それほど温度上昇がおこらず、１０
ないし３５℃という常温程度の温度において水素除去が
可能となる。
いて高濃度の水素を貯蔵する場合には、上記水素吸蔵メ
カニズムの進行にともなって熱が発生するが、本願発明
においては、符号Ｂに示す領域の特性を用いて水素を吸
蔵させるため精製前ガスに含まれる不純物水素濃度が１
００００ｐｐｍ以下という微量であることが前提となっ
ている。従って水素吸蔵合金による水素吸蔵メカニズム
の進行によっても、それほど温度上昇がおこらず、１０
ないし３５℃という常温程度の温度において水素除去が
可能となる。
【００１８】上記容器内の水素吸蔵合金の再生は、本願
発明においては、真空圧による脱気によって行ってい
る。このことは、従前の水素吸蔵合金を用いたガス精製
技術における水素吸蔵金属の再生が加熱によって行われ
ていたことときわめて大きな対照をなしている。すなわ
ち、本願発明における水素吸蔵合金の再生には、加熱熱
源が不要となるのである。
発明においては、真空圧による脱気によって行ってい
る。このことは、従前の水素吸蔵合金を用いたガス精製
技術における水素吸蔵金属の再生が加熱によって行われ
ていたことときわめて大きな対照をなしている。すなわ
ち、本願発明における水素吸蔵合金の再生には、加熱熱
源が不要となるのである。
【００１９】以上のことから、本願発明によれば、ま
ず、水素吸蔵合金の水素吸蔵作用による不純物水素の除
去工程、および、水素吸蔵合金の再生工程のいずれも
が、温度上昇をともなわない工程となるので、加熱熱源
が不要であって装置の簡略化が図れるととともに、発熱
にともなっておこる水素吸蔵合金と原料ガスとの反応に
よる吸蔵合金の劣化を抑制することができ、長期にわた
って安定した操業が可能となる。
ず、水素吸蔵合金の水素吸蔵作用による不純物水素の除
去工程、および、水素吸蔵合金の再生工程のいずれも
が、温度上昇をともなわない工程となるので、加熱熱源
が不要であって装置の簡略化が図れるととともに、発熱
にともなっておこる水素吸蔵合金と原料ガスとの反応に
よる吸蔵合金の劣化を抑制することができ、長期にわた
って安定した操業が可能となる。
【００２０】また、請求項２または３に記載した発明の
ように、水素吸蔵合金を充填した容器を複数個並設し、
切り換え選択した容器を用いて精製前ガスの水素除去精
製を行っている間、他の精製工程処理後の容器内の水素
吸蔵合金の再生を行うようにすることより、ガスの精製
を連続的に行うことができ、精製効率を飛躍的に高める
ことができる。
ように、水素吸蔵合金を充填した容器を複数個並設し、
切り換え選択した容器を用いて精製前ガスの水素除去精
製を行っている間、他の精製工程処理後の容器内の水素
吸蔵合金の再生を行うようにすることより、ガスの精製
を連続的に行うことができ、精製効率を飛躍的に高める
ことができる。
【００２１】
【実施例の説明】以下、本願発明の好ましい実施例を、
図面を参照しつつ具体的に説明する。図１は、本願発明
方法を実施するための装置の一例を模式的に示してい
る。符号１ａおよび１ｂは、内部に水素吸蔵合金を充填
した容器をそれぞれ示しており、本実施例においては、
２個の容器１ａ，１ｂを並列に配置してある。各容器１
ａ，１ｂの入口部は、それぞれ、弁Ｖ1 ，Ｖ2 を介して
精製前ガスの導入管２に連結されている。そして、各容
器１ａ，１ｂの出口部は、弁Ｖ3 ，Ｖ4 を介装した排気
管３を介して真空ポンプ等の真空源４につなげられると
ともに、弁Ｖ5 ，Ｖ6 を介して精製ガス導出管５につな
げられている。すなわち、各容器１ａ，１ｂの出口部
は、精製ガス導出管５に導通する状態と、真空源４に導
通する状態とを適宜選択できるようになっている。
図面を参照しつつ具体的に説明する。図１は、本願発明
方法を実施するための装置の一例を模式的に示してい
る。符号１ａおよび１ｂは、内部に水素吸蔵合金を充填
した容器をそれぞれ示しており、本実施例においては、
２個の容器１ａ，１ｂを並列に配置してある。各容器１
ａ，１ｂの入口部は、それぞれ、弁Ｖ1 ，Ｖ2 を介して
精製前ガスの導入管２に連結されている。そして、各容
器１ａ，１ｂの出口部は、弁Ｖ3 ，Ｖ4 を介装した排気
管３を介して真空ポンプ等の真空源４につなげられると
ともに、弁Ｖ5 ，Ｖ6 を介して精製ガス導出管５につな
げられている。すなわち、各容器１ａ，１ｂの出口部
は、精製ガス導出管５に導通する状態と、真空源４に導
通する状態とを適宜選択できるようになっている。
【００２２】上記精製前ガス導入管２には、あらかじめ
１００００ｐｐｍ以下の濃度とされた水素を不純物ガス
として含む精製前ガスが導入される。かかるガスとして
は、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎ2 等がある。そして、この精製前ガ
スの各容器１ａ，１ｂへの導入圧力は大気圧から１０kg
／cm2Gの範囲とすることが前述した各容器内での水素吸
蔵メカニズムによって容器内が昇温することを防止する
上で望ましい。
１００００ｐｐｍ以下の濃度とされた水素を不純物ガス
として含む精製前ガスが導入される。かかるガスとして
は、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎ2 等がある。そして、この精製前ガ
スの各容器１ａ，１ｂへの導入圧力は大気圧から１０kg
／cm2Gの範囲とすることが前述した各容器内での水素吸
蔵メカニズムによって容器内が昇温することを防止する
上で望ましい。
【００２３】上記各容器１ａ，１ｂ内に充填するべき水
素吸蔵合金としては、ＬａＮｉ5 ，ＭｍＮｉ5 ，ＭｍＮ
ｉ4.15Ｆｅ0.85，ＭｍＮｉ4.5 Ａｌ0.5 （ここにおいて
Ｍｍはミッシュメタル：Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄなど希
土類金属の混合物）等のＬａＮｉ5 系合金、ＦｅＴｉ，
Ｆｅ0.9 Ｍｎ0.1 Ｔｉ，Ｆｅ0.8 Ｎｉ0.2 Ｔｉ等のＦｅ
Ｔｉ系合金、Ｍｇ2 Ｎｉ，Ｍｇ2 Ｃｕ等のＭｇ系合金、
あるいは、Ｂｅ2 Ｔｉ、Ｂｅ2 Ｚｒ，ＺｒＸ（Ｘはハロ
ゲン元素）、Ｐｄ83Ｓｉ17、Ｐｄ35Ｚｒ65、Ｎｉ78Ｓｉ
8 Ｂ14等がある。これらの水素吸蔵合金は、粒状あるい
は顆粒状とすることが容器内を流通するガスとの接触を
良くするために都合がよい。
素吸蔵合金としては、ＬａＮｉ5 ，ＭｍＮｉ5 ，ＭｍＮ
ｉ4.15Ｆｅ0.85，ＭｍＮｉ4.5 Ａｌ0.5 （ここにおいて
Ｍｍはミッシュメタル：Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄなど希
土類金属の混合物）等のＬａＮｉ5 系合金、ＦｅＴｉ，
Ｆｅ0.9 Ｍｎ0.1 Ｔｉ，Ｆｅ0.8 Ｎｉ0.2 Ｔｉ等のＦｅ
Ｔｉ系合金、Ｍｇ2 Ｎｉ，Ｍｇ2 Ｃｕ等のＭｇ系合金、
あるいは、Ｂｅ2 Ｔｉ、Ｂｅ2 Ｚｒ，ＺｒＸ（Ｘはハロ
ゲン元素）、Ｐｄ83Ｓｉ17、Ｐｄ35Ｚｒ65、Ｎｉ78Ｓｉ
8 Ｂ14等がある。これらの水素吸蔵合金は、粒状あるい
は顆粒状とすることが容器内を流通するガスとの接触を
良くするために都合がよい。
【００２４】さらに、上記真空源としては、各容器内を
１００Ｔｏｒｒ以下、好ましくは１０Ｔｏｒｒ以下、さ
らに好ましくは１ないし２Ｔｏｒｒの真空圧まで減圧で
きる能力を備えていることが望まれる。
１００Ｔｏｒｒ以下、好ましくは１０Ｔｏｒｒ以下、さ
らに好ましくは１ないし２Ｔｏｒｒの真空圧まで減圧で
きる能力を備えていることが望まれる。
【００２５】次に、図１に示す装置を用いて、本願発明
方法によってガスを精製する方法の一例を説明する。ま
ず、ガス精製操作を行うに先立ち、容器内に充填するべ
き水素吸蔵合金は、次のようにして活性化処理してお
く。すなわち、加圧下で水素を吸蔵させた後に減圧し、
吸蔵した水素を放出させるという操作を一回以上繰り返
し行うのである。たとえば、１０ないし３５kg／cm2Gの
水素圧で水素を充分吸収するまで１０〜３０時間加圧
し、その後１００Ｔｏｒｒ以下、好ましくは１０Ｔｏｒ
ｒ以下の真空圧において２〜３時間脱気し、吸蔵してい
た水素を放出させるという操作を一回以上繰り返すこと
によって上記水素吸蔵合金を活性化させておく。
方法によってガスを精製する方法の一例を説明する。ま
ず、ガス精製操作を行うに先立ち、容器内に充填するべ
き水素吸蔵合金は、次のようにして活性化処理してお
く。すなわち、加圧下で水素を吸蔵させた後に減圧し、
吸蔵した水素を放出させるという操作を一回以上繰り返
し行うのである。たとえば、１０ないし３５kg／cm2Gの
水素圧で水素を充分吸収するまで１０〜３０時間加圧
し、その後１００Ｔｏｒｒ以下、好ましくは１０Ｔｏｒ
ｒ以下の真空圧において２〜３時間脱気し、吸蔵してい
た水素を放出させるという操作を一回以上繰り返すこと
によって上記水素吸蔵合金を活性化させておく。
【００２６】次に、容器１ａを用いて精製前ガスの精製
操作を行う。この時、弁Ｖ1 を開、弁Ｖ2 を閉、弁Ｖ3
を閉、弁Ｖ5 を開とする。なお、容器１ｂ内の水素吸蔵
合金の再生を同時に行う場合には、弁Ｖ4 を開とすると
ともに真空源４を作動させる。精製前ガス中に含まれる
低濃度の不純物水素ガスは、容器１ａ内の水素吸蔵合金
に吸蔵されることによって効果的に除去され、こうして
精製されたガスは、弁Ｖ5 を介して精製後ガス導出管５
から排出される。すでに説明したように、本願発明で
は、導入するべき精製ガスの圧力を大気圧以上１０kg／
cm2G未満の比較的低い圧力とするとともに、この精製前
ガス中に含まれる水素濃度をあらかじめ１００００ｐｐ
ｍ以下としていることから、容器内での水素吸蔵作用に
よっては、それほど温度上昇が起こらず、１０ないし３
５℃の範囲の温度での水素除去が可能となる。
操作を行う。この時、弁Ｖ1 を開、弁Ｖ2 を閉、弁Ｖ3
を閉、弁Ｖ5 を開とする。なお、容器１ｂ内の水素吸蔵
合金の再生を同時に行う場合には、弁Ｖ4 を開とすると
ともに真空源４を作動させる。精製前ガス中に含まれる
低濃度の不純物水素ガスは、容器１ａ内の水素吸蔵合金
に吸蔵されることによって効果的に除去され、こうして
精製されたガスは、弁Ｖ5 を介して精製後ガス導出管５
から排出される。すでに説明したように、本願発明で
は、導入するべき精製ガスの圧力を大気圧以上１０kg／
cm2G未満の比較的低い圧力とするとともに、この精製前
ガス中に含まれる水素濃度をあらかじめ１００００ｐｐ
ｍ以下としていることから、容器内での水素吸蔵作用に
よっては、それほど温度上昇が起こらず、１０ないし３
５℃の範囲の温度での水素除去が可能となる。
【００２７】一方、容器１ｂ内の水素吸蔵合金は、真空
源４による１００Ｔｏｒｒ以下、好ましくは１０Ｔｏｒ
ｒ以下の真空圧にさらされ、これによる脱気作用によっ
て再生される。
源４による１００Ｔｏｒｒ以下、好ましくは１０Ｔｏｒ
ｒ以下の真空圧にさらされ、これによる脱気作用によっ
て再生される。
【００２８】上記のごとく容器１ａを用いた精製を行う
モードが所定時間経過すると、弁の切り換えにより、精
製操作をするべき容器を１ｂに切り換え、すでに精製操
作を終了した容器１ａ内の水素吸蔵合金の再生を行うモ
ードとする。すなわち、このとき、弁Ｖ1 を閉、弁Ｖ2
を開、弁Ｖ3 を開、弁Ｖ5 を閉、弁Ｖ4 を閉、弁Ｖ6を
開とするのである。このようにして、ガス精製をするべ
き容器を交互に切り換えることにより、ガスの精製を連
続的に行うことができる。
モードが所定時間経過すると、弁の切り換えにより、精
製操作をするべき容器を１ｂに切り換え、すでに精製操
作を終了した容器１ａ内の水素吸蔵合金の再生を行うモ
ードとする。すなわち、このとき、弁Ｖ1 を閉、弁Ｖ2
を開、弁Ｖ3 を開、弁Ｖ5 を閉、弁Ｖ4 を閉、弁Ｖ6を
開とするのである。このようにして、ガス精製をするべ
き容器を交互に切り換えることにより、ガスの精製を連
続的に行うことができる。
【００２９】しかも、上述したように、各容器内でのガ
ス精製作用をほぼ常温程度の温度で行うことができると
ともに、水素吸蔵合金の再生を真空脱着によって行って
いるため、本願発明方法の実施にあたっては、その各工
程のいずれにおいても、容器内が昇温する要素がなく、
したがって容器内の水素吸蔵合金の劣化を著しく遅らせ
ることできる。換言すると、各容器内の水素吸蔵合金の
寿命を著しく延長することができるのである。
ス精製作用をほぼ常温程度の温度で行うことができると
ともに、水素吸蔵合金の再生を真空脱着によって行って
いるため、本願発明方法の実施にあたっては、その各工
程のいずれにおいても、容器内が昇温する要素がなく、
したがって容器内の水素吸蔵合金の劣化を著しく遅らせ
ることできる。換言すると、各容器内の水素吸蔵合金の
寿命を著しく延長することができるのである。
【００３０】なお、各容器１ａ，１ｂの切り換えの時間
は、約２ないし４時間周期とすることが適当であるが、
この時間は、水素吸蔵合金の種類、容器への充填量、ガ
ス圧力および真空源能力によって一義的に決まるもので
はなく、経験測によって適当な時間に定めればよい。
は、約２ないし４時間周期とすることが適当であるが、
この時間は、水素吸蔵合金の種類、容器への充填量、ガ
ス圧力および真空源能力によって一義的に決まるもので
はなく、経験測によって適当な時間に定めればよい。
【００３１】上述からわかるように、本願発明は、１０
０００ｐｐｍ以下の低濃度の不純物水素を含むガスから
上記水素を除去する方法を提案するものであるが、この
方法は、従前から水素を除去する方法として採用されて
きた、触媒の存在下において酸化反応によって水素を水
に変えて除去する方法と併用すると好適である。すなわ
ち、あらかじめ含有される水素量の１／２モルに相当す
る酸素量を算出しておき、その量よりもわずかに少量の
酸素によりガス中の大部分の水素を酸化除去することに
よってガス中に１００００ｐｐｍ以下の水素が残るよう
にしておき、こうしてガス中に残存する低濃度の水素を
本願発明方法によって除去するようにすることにより、
完全な水素除去によるガス精製が可能となるのである。
０００ｐｐｍ以下の低濃度の不純物水素を含むガスから
上記水素を除去する方法を提案するものであるが、この
方法は、従前から水素を除去する方法として採用されて
きた、触媒の存在下において酸化反応によって水素を水
に変えて除去する方法と併用すると好適である。すなわ
ち、あらかじめ含有される水素量の１／２モルに相当す
る酸素量を算出しておき、その量よりもわずかに少量の
酸素によりガス中の大部分の水素を酸化除去することに
よってガス中に１００００ｐｐｍ以下の水素が残るよう
にしておき、こうしてガス中に残存する低濃度の水素を
本願発明方法によって除去するようにすることにより、
完全な水素除去によるガス精製が可能となるのである。
【００３２】本願発明の作用効果を実証するために、次
のような実験を行った。 （実験例１)図１に示す構成を用いる装置において、内
径２０mm、長さ５００mmの容器１ａ，１ｂ内にＦｅ0.9
Ｍｎ0.1 Ｔｉの水素吸蔵合金を４０メッシュに粉砕し、
これを各々３００ｇずつ充填した。前処理として、上記
水素吸蔵合金活性化のために水素を１０kg／cm2Gの圧力
で２２時間、各容器１ａおよび１ｂに加圧下導入し、そ
の後真空源を作動させて１Ｔｏｒｒ以下の圧力で２時間
脱気するという操作を２回繰り返した。
のような実験を行った。 （実験例１)図１に示す構成を用いる装置において、内
径２０mm、長さ５００mmの容器１ａ，１ｂ内にＦｅ0.9
Ｍｎ0.1 Ｔｉの水素吸蔵合金を４０メッシュに粉砕し、
これを各々３００ｇずつ充填した。前処理として、上記
水素吸蔵合金活性化のために水素を１０kg／cm2Gの圧力
で２２時間、各容器１ａおよび１ｂに加圧下導入し、そ
の後真空源を作動させて１Ｔｏｒｒ以下の圧力で２時間
脱気するという操作を２回繰り返した。
【００３３】その後、１０００ｐｐｍの水素ガスを含有
する窒素（Ｎ2 ）ガスを２５℃の温度において５kg／cm
2Gの圧力下で０．５ｌ／min の流量で容器１ａに導入し
た。その後同様の条件において上記のＮ2 ガスを容器１
ｂに切り換え導入するという交互切り換え操作を行い、
Ｎ2 ガスが導入されていない方の容器には、真空源を作
動させて１０Ｔｏｒｒに減圧し、当該容器内の吸蔵合金
を再生させた。
する窒素（Ｎ2 ）ガスを２５℃の温度において５kg／cm
2Gの圧力下で０．５ｌ／min の流量で容器１ａに導入し
た。その後同様の条件において上記のＮ2 ガスを容器１
ｂに切り換え導入するという交互切り換え操作を行い、
Ｎ2 ガスが導入されていない方の容器には、真空源を作
動させて１０Ｔｏｒｒに減圧し、当該容器内の吸蔵合金
を再生させた。
【００３４】上記切り換えの周期を３時間とすることに
より、連続的にＮ2 ガスを精製した。各容器１ａ，１ｂ
から精製ガス導出管５を介して得られる精製Ｎ2 ガス中
の水素濃度をガスクロマトグラフィーによって分析した
ところ、水素は、１ｐｐｍ以下の検出できない濃度にま
で除去されていた。
より、連続的にＮ2 ガスを精製した。各容器１ａ，１ｂ
から精製ガス導出管５を介して得られる精製Ｎ2 ガス中
の水素濃度をガスクロマトグラフィーによって分析した
ところ、水素は、１ｐｐｍ以下の検出できない濃度にま
で除去されていた。
【００３５】（実験例２）上記実験例１において水素吸
蔵合金として用いたＦｅ0.9 Ｍｎ0.1 Ｔｉに代えて、Ｍ
ｍＮｉ5 を用い、かつ、１０００ｐｐｍの濃度の水素を
含有するＮ2 ガスに代え、５００ｐｐｍの濃度の水素ガ
スを含有するＨｅガスを用いる以外は、実験例１と同様
にしてＨｅガスの精製を行った。容器１ａ，１ｂの出口
から精製ガス導出管５を介して得られる精製Ｈｅガス中
の水素濃度をガスクロマトグラフィーによって分析した
ところ、水素は１ｐｐｍ以下の検出できない濃度にまで
除去されていた。
蔵合金として用いたＦｅ0.9 Ｍｎ0.1 Ｔｉに代えて、Ｍ
ｍＮｉ5 を用い、かつ、１０００ｐｐｍの濃度の水素を
含有するＮ2 ガスに代え、５００ｐｐｍの濃度の水素ガ
スを含有するＨｅガスを用いる以外は、実験例１と同様
にしてＨｅガスの精製を行った。容器１ａ，１ｂの出口
から精製ガス導出管５を介して得られる精製Ｈｅガス中
の水素濃度をガスクロマトグラフィーによって分析した
ところ、水素は１ｐｐｍ以下の検出できない濃度にまで
除去されていた。
【００３６】もちろん、本願発明の範囲は上述した実施
例に限定されるものではない。装置を構成するにあたっ
て、実施例では、二つの容器を並設しこれを切り換える
ことによって連続的にガス精製を行うことができるよう
にしているが、並設するべき容器の数はこれに限定され
ない。すなわち、連続運転が必要ない場合には、一つの
容器を用い、ガス精製モードと水素吸蔵合金再生モード
とを交互に行ってもよいし、三個以上の容器を並設して
これを切り換え運転することによって水素吸蔵合金の劣
化をさらに遅らせるようにすることもできる。また、装
置を直列に多段連結することにより、ガス精製性能をさ
らに向上させることも可能である。
例に限定されるものではない。装置を構成するにあたっ
て、実施例では、二つの容器を並設しこれを切り換える
ことによって連続的にガス精製を行うことができるよう
にしているが、並設するべき容器の数はこれに限定され
ない。すなわち、連続運転が必要ない場合には、一つの
容器を用い、ガス精製モードと水素吸蔵合金再生モード
とを交互に行ってもよいし、三個以上の容器を並設して
これを切り換え運転することによって水素吸蔵合金の劣
化をさらに遅らせるようにすることもできる。また、装
置を直列に多段連結することにより、ガス精製性能をさ
らに向上させることも可能である。
【図１】本願発明のガス精製方法に用いる装置の概略図
である。
である。
【図２】一般的な水素吸蔵合金の平衡水素圧力と水素吸
蔵量との関係特性を示すグラフである。
蔵量との関係特性を示すグラフである。
１ａ，１ｂ 容器 ４ 真空源 ５ 精製ガス導出管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ // Ｃ０１Ｂ 3/56 Ｃ０１Ｂ 3/56 Ａ (56)参考文献 特開 昭63−428（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−293310（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−156409（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−156308（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C01B 21/04 B01D 53/02 C01B 23/00 C01B 3/56 C22C 1/04
Claims (7)
- 【請求項１】 １００００ｐｐｍ以下の微量水素を不純
物として含む精製前ガスから上記不純物水素を除去する
精製を行う方法であって、 （ａ）水素吸蔵合金を充填した容器中に上記精製前ガス
を通過させ、上記不純物水素が上記水素吸蔵合金に吸蔵
されることによって除去された精製ガスを得るステッ
プ、 （ｂ）上記容器中の水素吸蔵合金を非加熱の状態にて真
空圧で脱気して再生するステップ、 を含むことを特徴とする、ガスの精製方法。 - 【請求項２】 １００００ｐｐｍ以下の微量水素を不純
物として含む精製前ガスから上記不純物水素を除去する
精製を行うための装置であって、 上記精製前ガスが選択的に導入され、かつ、それぞれの
内部に水素吸蔵合金が充填された複数個の容器と、 上記各容器に選択的に導通させられる精製ガス導出管
と、 上記各容器に選択的に導通させられて、容器内の水素吸
蔵合金を非加熱の状態で脱気するための真空源と、 を備えることを特徴とする、ガス精製装置。 - 【請求項３】 請求項２の装置を用いたガス精製方法で
あって、 複数個の容器のうち、順次切り換え選択される一つに上
記精製前ガスを通過させて不純物水素を除去した精製ガ
スを上記精製ガス導出管に導出させる間、 他の容器を上記真空源に導通させてその内部の水素吸蔵
合金を非加熱の状態で脱気再生することにより、 ガス精製を連続的に行うようにしたことを特徴とする、
ガスの精製方法。 - 【請求項４】 上記水素吸蔵合金が、あらかじめ水素を
加圧下で吸蔵させた後真空圧下で水素を放出させる操作
を一回以上行って得られたものである、請求項１または
３に記載の方法。 - 【請求項５】 上記精製前ガスは、１００００ｐｐｍ以
下の微量水素を不純物として含むＨｅガス、Ａｒガスま
たはＮ2 ガスである、請求項１，３および４のいずれか
１つに記載の方法。 - 【請求項６】 上記精製前ガスを上記容器を通過させる
圧力が大気圧以上１０kg／cm2G未満である、請求項１お
よび３から５のいずれか１つに記載の方法。 - 【請求項７】 容器内の水素吸蔵合金を非加熱の状態で
脱気再生する真空圧が１００Ｔｏｒｒ未満である、請求
項１および３から６のいずれか１つに記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11750492A JP3292995B2 (ja) | 1992-05-11 | 1992-05-11 | ガスの精製方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11750492A JP3292995B2 (ja) | 1992-05-11 | 1992-05-11 | ガスの精製方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05310403A JPH05310403A (ja) | 1993-11-22 |
| JP3292995B2 true JP3292995B2 (ja) | 2002-06-17 |
Family
ID=14713390
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11750492A Expired - Fee Related JP3292995B2 (ja) | 1992-05-11 | 1992-05-11 | ガスの精製方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3292995B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5133929B2 (ja) * | 2009-03-31 | 2013-01-30 | 大陽日酸株式会社 | 超高純度窒素ガスの製造方法及び製造装置 |
| JP6413167B2 (ja) * | 2015-03-30 | 2018-10-31 | 大陽日酸株式会社 | ヘリウムガス精製装置およびヘリウムガス精製方法 |
| CN108892113B (zh) * | 2018-05-25 | 2021-09-03 | 兰州大学 | 一种对单晶硅生产中回收的氩气纯化的方法 |
-
1992
- 1992-05-11 JP JP11750492A patent/JP3292995B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05310403A (ja) | 1993-11-22 |
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