JPH0569772B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、液化アンモニアから不純物の少ない
一定濃度のアンモニア水を安価に製造するための
アンモニア水製造装置に関する。

［従来の技術］ 例えば、半導体工場においてシリコンウエハー
などに集積回路を形成していわゆるICチツプを
作る場合には、その品質を保持するために不純物
の混入を厳密に規制する手段が採られており、勿
論、上記ウエハーを洗浄するための洗浄剤は高度
に清浄なものでなければならない。特に、固形粒
子の存在が半導体の特性を劣化させるので、チン
ダル現象を利用した光学的検査によりその純度を
チエツクされる。

このような洗浄剤としてアンモニア水が使用さ
れるが、このアンモニア水は、従来、缶などに封
入されて市販されているアンモニア水を工場内に
搬入し、フイルタを通して濾過して、タンクに貯
留したものを使用していた。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記のような市販されているア
ンモニア水はもともと純度が目的に沿う程高くな
く、さらに、搬送やタンクの移し替えなどの際に
容器に残るごみを吸収してしまう、あるいは、空
気と接触しその埃を吸収するとともに、空気中の
二酸化炭素と反応して炭酸アンモニウムを生成す
るなどしてさらに純度が下がつてしまう。

また、アンモニア水をフイルタにより濾過して
微粒の不純物を取り除くのは容易ではなく、この
ような方法で不純物の少ないアンモニア水を得る
のは難しかつた。

また、一方、アンモニアを例えば合成法により
製造するのは装置も大掛かりになり、実用的では
なかつた。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、上記のような問題点を解決するため
に、液化アンモニアを昇温させて気化させる蒸発
器と、気化されたアンモニアガスを濾過し、不純
物を除去するフイルタと、この純化されたアンモ
ニアガスを超純水に溶解、吸収せしめるアンモニ
ア吸収塔と、このアンモニア吸収塔から排出され
たアンモニア水を貯留する貯留タンクとを設け、
上記アンモニア吸収塔に、その底部のアンモニア
水を塔頂部に還流させる循環ラインと、アンモニ
ア水を上記貯留タンクに送る排出ラインと、アン
モニア水のアンモニア濃度を検知するセンサと、
このセンサの検出値により上記循環ラインと排出
ラインを択一的に流通せしめる自動切替装置とを
設けたものである。

［作用］ このようなアンモニア水製造装置によれば、液
化アンモニアが蒸発されるときに、この蒸発温度
で液体または固体状態の不純物の一部は気化され
ずに残り、また、アンモニアガスと一緒に運ばれ
る微粒の固体状または液状の不純物は目の細かい
フイルタにより濾過されて除去される。この純化
されたアンモニアガスは、アンモニア吸収塔にお
いて循環ラインにより還流される超純水またはア
ンモニア水に溶解、吸収される。そして、このア
ンモニア水は、アンモニア濃度をセンサによつて
検知され、その値が所定の値になつたときに自動
切替装置により自動的に排出ラインに流出され、
貯留タンクに貯留される。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を第１図を参照して説
明する。

原料となる液化アンモニアは原料タンク１に貯
留され、制御弁２を通つて蒸発器３に導かれる。
この蒸発器３は温水または蒸気を収容する昇温槽
３ａ内に蛇行する配管３ｂが設けられて成り、液
化アンモニアを効率的に蒸発させるようになつて
いる。

この蒸発器３の排出側の配管３ｃには、筒状体
の内部にテトラフルオロエチレン重合体の微粒子
（粒径0.1〜0.2μm）が充填されてなる周知のガス
フイルタ４が取り付けられている。

また、このガスフイルタ４の手前の配管３ｃに
は、この配管３ｃの圧力を検出し、この検出圧力
により上記制御弁２を開閉する圧力調整装置５が
設けられている。

上記ガスフイルタ４の排出側の配管４ａは、制
御弁６を介してアンモニア吸収塔７に連ながれて
いる。このアンモニア吸収塔７は上部の小径部７
ａと下部の大径部７ｂとからなり、この小径部７
ａには多孔性物質（ラシヒリング、テラレツトな
ど）が充填されてなる気液接触層８が形成されて
いる。この気液接触層８の上部には、塔頂部の圧
力を検出して上記制御弁６を開閉する圧力調整装
置９が設けられている。

大径部７ｂの底部と小径部７ａの頂部の間には
ポンプＰにより水を循環させる循環ライン１０が
設けられている。この循環ライン１０には、上記
ポンプＰの後に冷却器１１が設けられ、アンモニ
アの溶解熱により昇温したアンモニア水を冷却し
てアンモニアの吸収を効率的にするようにしてい
る。上記循環ライン１０は、この冷却器１１の
後、アンモニア吸収塔７の頂部へ連結される主ラ
イン１０ａと、直接大径部７ｂに導入されるバイ
パスライン１０ｂとに分岐されている。

また、このアンモニア吸収塔７には、新たな超
純水を供給するための供給ライン１２が設けられ
ている。

上記循環ライン１０はポンプＰの後で分岐さ
れ、フイルタ１３を介して貯留タンク１４に連結
される排出ライン１５が設けられている。そして
この分岐点の後の上記循環ライン１０及び排出ラ
イン１５には、それぞれを開閉する電磁弁１６，
１７が取り付けられ、一方、循環ライン１０のポ
ンプＰの前には導電率計（センサ）１８が設けら
れ、内部流体の導電率を検出し、この導電率計１
８に連動する自動切替装置１９により、この検出
値が所定の値になつたとき（アンモニア水の濃度
が所要の値になつたとき）に、上記循環ライン１
０の電磁弁１６を閉じ、排出ライン１５の電磁弁
１７を開いてアンモニア水を貯留タンク１４に自
動的に排出するようになつている。

なお、アンモニア水の導電率とアンモニア濃度
との間には、第２図に示すような関係があり、濃
度が5wt％を越えると一対一にほぼ直線的に相関
するので、この導電率を計ることによりアンモニ
ア濃度を検知することができる。

上記フイルタ１３は突発的に混入された比較的
大きなごみなどを除去するために設けられてい
る。また、上記貯留タンク１４は密閉され、内部
はパイプ２０により高純度の窒素ガスなどの不活
性ガスが満たされてごみの混入や空気中の二酸化
炭素との反応を防いでいる。

なお、上記の製造装置を構成する配管や機材は
耐食性の大きいステンレス（SUS304）を材料と
し、気密性を保つためのパツキン、及びフイルタ
類はテトラフルオロエチレン重合体を材料として
いる。また、圧力調整装置５，９により、ライン
の圧力が常圧を大きく上回ることがないように制
御しているので、ラインの耐圧は特に高く設定さ
れていない。

この製造装置においては、吸収塔７からの製品
の排出のみならず、吸収塔７へのアンモニアガス
の供給、蒸発器３の昇温槽３ａの温度制御などが
自動化され、回分処理が順次自動的に行なわれる
ようになつている。

次に、上記のように構成されたアンモニア水製
造装置について、その作用を説明する。

この製造装置の原料となる液化アンモニアは、
特にその不純物量が規制されることはなく、通常
市販されているものを用いることができる。な
お、純粋な液化アンモニアは沸点が−33℃、蒸発
熱が327cal／ｇである。

第２図に示すように、アンモニア濃度が5wt％
付近において導電率が極大となるので、アンモニ
ア濃度の初期値がそれ以下にならないように吸収
塔７に前回処理したアンモニア水を残しておき、
そこへ供給ライン１２より超純水を満たす。

密閉された原料タンク１内の液化アンモニア
は、自身のガス圧により制御弁２を介して蒸発器
３に送られて気化され、ガスフイルタ４に送られ
る。このとき、液化アンモニア中に含まれていた
液状あるいは固体状の不純物はガスフイルタ４に
より濾過される。

ガスフイルタ４を通過したアンモニアガスはア
ンモニア吸収塔７に導かれ、ここで超純水あるい
はアンモニア水に溶解、吸収される。このとき、
アンモニアガスは循環ライン１０、主ライン１０
ａを通つて塔頂部から噴出される超純水あるいは
アンモニア水と、気液接触層８において効率的に
接触して反応する。このアンモニア水はアンモニ
アガスの溶解熱により昇温するが、吸収塔７の大
径部７ｂから循環ライン１０を経て冷却器１１に
より冷却され、その一部は主ライン１０ａから再
度塔頂部へ導かれ、一部はバイパスライン１０ｂ
を経て吸収塔７の大径部７ｂに注入される。

このバイパスライン１０ｂからの注入水は、大
径部７ｂのアンモニア水の温度を下げ、また、攪
拌することによつてその濃度を均一にしてアンモ
ニアの吸収を効果的にするとともに、自動切替装
置１９の導電率計１８の作動を正確にさせてい
る。

なお、吸収塔７の頂部の圧力調整装置９は、こ
の部分の圧力が所定の値を越えると、制御弁６を
閉じてアンモニアガスの流入を規制するようにな
つている。吸収塔７内の圧力は、アンモニアガス
が溶解することにより陰圧になつているが、溶解
反応が進み、冷却が追い付かずに温度が上昇する
ような場合には、アンモニア水の蒸気圧も上昇し
溶解の効率が落ちるので、例えば、圧力調整装置
９の設定圧力を0.5Kg／cm²にして頂部の圧力を抑
えることにより反応の進行を制御する。

このようなアンモニアガスの吸収反応の速度
は、アンモニア水のアンモニア濃度の上昇に伴い
落ちてくるが、それにより配管３ｃ，４ａ内のガ
ス圧が上昇し、所定の値に達すると、圧力調整装
置５からの信号により制御弁２が閉止されて、そ
れによりアンモニアガスの供給がコントロールさ
れる。

上記のような過程で徐々に濃化されたアンモニ
ア水の濃度が所定の値になつたときに、導電率計
が所定の値（アンモニア濃度が28wt％のときに
導電率は380μ〓／cm）を示し、自動切替装置１
９により電磁弁１６が閉じられ、排出ライン１５
に通じる電磁弁１７が開かれて、アンモニア水は
フイルタ１３を通つて貯留タンク１４に搬送され
る。

このように製造されたアンモニア水中の不純物
を分析したところ、Al，Ｂ，Ca，Cu，Fe，Ｋ，
Mg，Mn，Na，Pb，Sn，Znのすべてがそれぞ
れ0.01ppm以下であつた。

このようなアンモニア水製造装置によれば、ア
ンモニア吸収塔７において内部液体を循環させて
効率よくアンモニアガスを吸収させるとともに、
冷却器１１、バイパスライン１０ｂ、圧力調整装
置９により塔内の温度、圧力を調整することによ
り反応を円滑に行わせるとともに、容器や配管の
耐圧を必要以上に上げずに設備コストを低下せし
めている。

また、アンモニア吸収塔７においてアンモニア
ガスの吸収を回分式（バツチ式）にして、アンモ
ニア水を安定的に生成するとともに、アンモニア
水の濃度を検出して、その排出を自動化すること
により、生成されるアンモニア水の濃度を一定に
保つとともに、回分処理を順次自動的に行なわし
め、その作業を省人化、効率化させている。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明は、液化アンモニ
アを昇温させて気化させる蒸発器と、気化された
アンモニアガスを濾過し、不純物を除去するフイ
ルタと、この純化されたアンモニアガスを超純水
に溶解、吸収せしめるアンモニア吸収塔と、この
アンモニア吸収塔から排出されたアンモニア水を
貯留する貯留タンクとを設け、上記アンモニア吸
収塔に、その底部のアンモニア水を塔頂部に還流
させる循環ラインと、アンモニア水を上記貯留タ
ンクに送る排出ラインと、アンモニア水のアンモ
ニア濃度を検知するセンサと、このセンサの検出
値により上記循環ラインと排出ラインを択一的に
流通せしめる自動切替装置とを設けた構成である
ので、市販の液化アンモニアを原料として、安い
コストで、清浄なアンモニア水を安定的に製造す
ることができる。また、回分式の処理であるの
で、アンモニア吸収塔などの設備が比較的小型の
ものでよく、しかも、濃度センサと自動切替装置
により、一定のアンモニア濃度の製品が生成され
るとともに、自動運転が可能なので回分処理を順
次自動的に行なわしめ、回分処理の煩わしさがな
いなどの優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のアンモニア製造装
置の構成を示す概略図、第２図はアンモニアの濃
度とアンモニア水の導電率の関係を示すグラフで
ある。 ３……蒸発器、４……ガスフイルタ、７……ア
ンモニア吸収塔、１０……循環ライン、１４……
貯留タンク、１５……排出ライン、１８……導電
率計、１９……自動切替装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 液化アンモニアを昇温させて気化させる蒸発
   器と、気化されたアンモニアガスを濾過し、不純
   物を除去するフイルタと、この純化されたアンモ
   ニアガスを超純水に溶解、吸収せしめるアンモニ
   ア吸収塔と、このアンモニア吸収塔から排出され
   たアンモニア水を貯留する貯留タンクとを備え、
   上記アンモニア吸収塔には、その底部のアンモニ
   ア水を塔頂部に還流させる循環ラインと、アンモ
   ニア水を上記貯留タンクに送る排出ラインと、ア
   ンモニア水のアンモニア濃度を検知するセンサ
   と、このセンサの検出値により、上記循環ライン
   と排出ラインを択一的に流通せしめる自動切替装
   置とが設けられていることを特徴とするアンモニ
   ア水製造装置。