JPH06298504A - 粗製アルゴンの精製 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 粗製アルゴンを精製ための改良された方法及
びシステムを提供する。 【構成】 粗製アルゴン流を接触脱酸素化ユニット２４
に通し、そこからの精製されたアルゴン流を膜乾燥装置
２９及び必要に応じて吸着システム３５で乾燥させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】発明はアルゴンの精製に関する。
一層詳細には、発明は高純度アルゴン生成物の改良され
た生産に関する。

【０００２】

【従来技術】現行の商業的実施では、アルゴン含有ガス
流の極低温蒸留により、酸素含量２％及び窒素含量１％
を有する純度およそ９７％の低圧アルゴンが生産され
る。この粗製アルゴンは次いで圧縮されて典型的には７
０ｐｓｉａ（４．９kg/cm²Ａ）にされ、冷却され、デオ
キソ、すなわち接触燃焼、ユニットにおいて貴金属触媒
上で水素と混合される。水素は粗製アルゴンの残留酸素
分と反応して水分を形成しかつ熱を発生する。冷却しか
つコンデンセートを取り去った後に、生成した精製され
たアルゴン流は吸着システムに通されてガスは適した露
点に乾燥される。高い周囲及び／又は冷却水温度の期間
中に、吸着システムへの供給ガスは１１５°Ｆ（４６
℃）程に高くなり、水分の相当の増大及び精製されたア
ルゴン流から水分を吸着する吸着剤物質の容量の減少の
両方を表わし得る。このような情況は、吸着システムか
らの早期の水分漏出及び／又は吸着剤サイクル時間の短
縮のような作業上の問題に至る。後者の問題は、ブロー
ダウン、すなわち吸着剤容器を降圧する際の生成物損失
の増大、及びシステムのバックパージ要求量の増大を生
じる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】当分野において、温度
感応性を低減させたい及びデオキソユニットから回収さ
れる精製されたアルゴン流を乾燥させることの作業上の
安定性を向上させたいという純粋の要求がある。このよ
うな望ましい利点は、実際の商業目的からは、簡単、安
価な方法で達成する必要がある。

【０００４】従って、発明の目的は乾燥した高純度アル
ゴンを生産するための改良された方法及びシステムを提
供するにある。発明の別の目的は粗製アルゴン流を精製
するための改良された方法及びシステムを提供するにあ
る。発明のそれ以上の目的は温度感応性を低減させ、か
つ粗製アルゴン精製作業の作業上の安定性を向上させる
ための簡単、安価な方法及びシステムを提供するにあ
る。これらのタイプ及びその他の目的に留意して、発明
を本明細書以降に詳細に記載し、発明の新規な特徴を特
に特許請求の範囲に明らかにする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】接触脱酸素化、すなわち
デオキソ、ユニットを通った精製されたアルゴン流を乾
燥させるのに膜乾燥装置を使用する。このように膜乾燥
装置を使用することにより、生成物アルゴン温度の変動
に対する総括デオキソ乾燥作業の感応性を低減させる。

【０００６】ここで、発明を更に添付図面を参照して説
明する。発明の目的は、デオキソユニットにおいて精製
した後に乾燥させるアルゴン流の温度の変動に対して比
較的感応しない膜乾燥装置を使用することによって達成
される。Ｈ₂ Ｏ／アルゴン分離係数は温度が上昇するに
つれて減少するが、その影響は、分離係数の初期レベル
が高いことにより、大きくないのが普通である。その結
果、高い周囲及び／又は冷却水温度の期間中に温度が高
くなる条件下でアルゴンの透過が増大する結果、アルゴ
ン生成物の過度の或は有意の損失の増大に遭遇しない。
事実、膜乾燥装置の固有の水分透過度は、実際に温度が
上昇するにつれて増大し、それにより現場で遭遇する通
常より高い温度条件下での乾燥装置入口水分濃度の増大
と相殺する働きをし得る。慣用のアルゴン精製／乾燥作
業において用いられる吸着システムは、システムの経済
性及びアルゴン生成物の露点要求に応じて、完全に省く
ことができる情況がいくつかある。これは、総括システ
ムの資本経費及び運転費を低減させるのに加えて、生成
物粒子汚染の源を取り去る利点を有する。慣用の吸着シ
ステムを採用する他の実施態様では、膜乾燥装置を吸着
システムの先に或は上流に配置することは、吸着システ
ムに供給するアルゴンの水分を減少させ、一層安定かつ
効率的なサイクル時間で運転することを可能にし、おそ
らくまた吸着システムの運転においてエネルギー節約を
もたらす働きをする。

【０００７】図面の図１に例示する通りの現行の実施で
は、アルゴン含有ガス流を極低温蒸留することによって
得られるような粗製アルゴン生成物流はアルゴン約９７
％、酸素２％及び窒素１％を含有するのが典型的であ
る。この流れに、典型的にはアルゴン精留リボイラーか
ら得られる水素含有流を混合してアルゴンおよそ９５
％、酸素２％、水素２％及び窒素１％を含有する粗製ア
ルゴン流を得、これを管路１で圧縮機２に通す。圧縮機
２で典型的には１５ｐｓｉａ（１１kg/cm²Ａ）から７０
ｐｓｉａ（４．９kg/cm²Ａ）に圧縮した後に、粗製アル
ゴン流を管路３で熱交換器４に及びデオキソユニット５
に通して管路６により通す水素と接触反応させる。水素
は粗製アルゴン流に含有される残留酸素と反応して水分
を形成しかつ熱を発生する。このようにして精製された
アルゴン流はデオキソユニット５から管路７により通常
３００°〜１，０００°Ｆ（１４９°〜５３８℃）の範
囲内の温度で抜き出されて熱交換器８で冷却されかつ水
取り出し排出管路１０を有するコンデンセート分離容器
９においてコンデンセートが取り去られた後に、吸着シ
ステム１１に通されて適した露点に乾燥される。乾燥さ
れ、精製されたアルゴン流は吸着システム１１から管路
１２により取り出される。管路１２はダストフィルター
１３を収容し、アルゴン約９７％、水素２％及び窒素１
％を含有するアルゴン生成物として回収し、粗製アルゴ
ンの酸素分はデオキソユニットにおける反応により本質
的に完全に取り除かれている。

【０００８】高い周囲及び／又は冷却水温度の期間中
に、吸着システムへの精製されたアルゴン供給ガスは１
１５°Ｆ（４６℃）又はそれ以上に高くなり得る。しか
し、水分を取り除くためのほとんどの通常望ましい吸着
剤の容量は、温度に反比例する。その上、飽和ガス流の
水分は温度と共に著しく増大する。例えば、１００ｐｓ
ｉａ（７kg/cm²Ａ）及び１１５°Ｆにおける飽和アルゴ
ンは、同じ圧力及び１００°Ｆ（３８℃）における飽和
アルゴンに比べて水分を５０％多く持っている。吸着剤
容量の減少と入口水分負荷の増大とが組み合わさって、
アルゴン生成物圧力露点を上昇させなければならない
か、或は床サイクル時間を実質的に短縮させなければな
らないかのいずれかが必要になる。上述した通りに、吸
着剤床サイクル時間を短縮させると、ブローダウン、す
なわち吸着剤床を降圧して低い脱着圧にすることの増大
により、生成物損失の増大、及びシステムのバックパー
ジ要求量の増大になる。

【０００９】図２に例示する発明の実施態様に従う発明
の実施では、粗製アルゴンを供給管路２０で供給圧縮機
２１及び熱交換器２１に通した後に、デオキソユニット
２３に導入し、水素を管路２４でデオキソユニット２３
に通す。湿性の、精製されたアルゴン流をデオキソユニ
ット２３から取り出し、熱交換器２６及び水分取り出し
管路２８を有する水分取り出し容器２７を収容する管路
２５で膜乾燥装置２９の供給側に通す。該湿性の、精製
されたアルゴン流中の一層選択的に透過し得る水分は膜
の供給側から透過側に選択的に透過する。乾燥した精製
されたアルゴン流が膜乾燥装置の生成物端から管路３０
により抜き出される。膜乾燥装置２９の透過側から一層
選択的に透過し得る水分を取り出すのを助成するため
に、管路３０のアルゴン生成物ガスの一部をバルブ３２
を収容する管路３１により循環させて膜乾燥装置２９の
透過側にパージガスとして、望ましくはその中を向流
に、すなわち生成物端から供給端に膜乾燥装置の供給側
の供給ガスの通過に対して向流に、通すのが有利であ
る。このようなパージガスは膜乾燥装置の透過側の表面
から透過する水分を取り出すのを助成する。水分の多い
透過ガス及びパージガスを膜乾燥装置２９から管路３３
により抜き出して供給管路２０の供給圧縮機２１の上流
に循環させる。図２に例示する通りに、必要に応じて真
空ポンプ３４を管路３３に位置させて膜乾燥装置２９の
透過側から透過質及びパージガスを抜き出すのを助成し
てもよい。また図２に示す通りに、管路３０のアルゴン
生成物流を必要に応じて吸着システム３５に通して更に
乾燥させてもよい。吸着システム３５からの乾燥した精
製されたアルゴン流を、望ましくはダストフィルター３
７を収容する管路３６で乾燥した高純度アルゴン生成物
として回収する。

【００１０】図２の実施態様に従う発明の実施の具体例
では、９７％粗製アルゴン１０，０００ＳＣＦＨ（２８
０ｓｍ³ ／時）を、初めに圧縮して所望の圧力７０ｐｓ
ｉａ（４．９kg/cm²Ａ）にし、次いでデオキソ、すなわ
ち接触脱酸素化システム２３に通すことによって処理す
る。粗製アルゴンの残留酸素分を、そこで貴金属触媒上
で水素と発熱反応で反応させる。冷却しかつコンデンセ
ートを取り去った後に、生成物アルゴン流は、上述した
一層高い周囲温度条件下で採用する作業条件、典型的に
は７０ｐｓｉａ及びおよそ１１５°Ｆにおいて水分で飽
和される。この湿性の精製されたアルゴン流を、下記の
表１に掲記する特性を有する還流させる膜乾燥装置２９
において処理する。

【００１１】

【表１】

【００１２】膜乾燥装置の性能を３つのキーパラメータ
ーによって要約することができる。第一は面積ファクタ
ーであり、これは単位生成物流量当りの膜面積要求量の
尺度である。第二はパージ比（φ）であり、これは透過
質＋パージ流量対生成物流量の比である。第三のキーパ
ラメーターはプロセス圧力における°Ｆで表わす所望の
生成物露点である。上記の例についての計算した性能デ
ータを下記の表２に示す。

【００１３】

【表２】

【００１４】パージ比が一定ならば、生成物露点は、面
積ファクターが増大するにつれて、低下するのが分かる
ものと思う。面積ファクターを一定に保つならば、生成
物露点はパージ比を増大させることによって低下させる
ことができる。最後に、生成物露点を一定に保つには、
面積ファクターを減少させるならば、パージ比は増大し
なければならない。所定の高純度アルゴン生産運転につ
いてのデザインパラメーターの選定は、面積ファクター
によって表わされる資本経費と、所望の生成物露点を生
じるのに要するパージ比によって表わされる運転費との
バランスに依存することになる。何にしても、このよう
に慣用の実施の吸着システムより前に膜乾燥装置を使用
することは、温度感応性を低減させかつデオキソユニッ
トから得られる湿性の精製されたアルゴン流を乾燥させ
る作業上の安定性を向上させる簡単、安価な手段を提供
する。デオキソユニットから膜乾燥装置に通す精製され
たアルゴン流中に存在しかつ膜乾燥装置の透過側に選択
的に透過される残留酸素の逆透過によるような生成物損
失及び／又は汚染は、膜乾燥装置の低圧透過側を還流さ
せ、或はパージし、及び膜乾燥装置の透過側から抜き出
した透過質／パージガス流を供給圧縮機２１の入口に循
環させることによって、最少にされる。

【００１５】上述した通りにかつ当業者ならば認める通
りに、多くの通常の膜物質は、アルゴンのような他のガ
スに比べて、水分透過度が極めて大きいことを特徴とす
る。これより、作業温度の変動は、発明の実施において
関係する高い入口水分条件にもかかわらず、典型的な膜
乾燥装置の性能に対してほとんど影響を与えない。パー
ジガスを膜の透過側に流す還流タイプの膜乾燥装置は、
パージ比を変えて生成物露点をほぼ一定に保つことによ
って、更に供給温度の変動に応じる能力を有する。パー
ジ比約１％〜約５０％又はそれ以上の範囲を採用するこ
とが発明の範囲内であるが、発明の図２の実施態様の実
施では、生成ガスの約２％〜約２５％の範囲のパージ比
を要するのが典型的である。デオキソ／乾燥総括システ
ムに膜乾燥装置を組み入れることが、図１の慣用の運転
の実施の場合に比べて、生成物アルゴン温度の変動に対
する感応性を低減させることは理解されるものと思う。
このように、膜乾燥装置は精製されたアルゴン生成物を
乾燥させるための慣用の吸着システムに求められるデュ
ーティを一様にする働きをする。−１００°F （−７３
℃）程に低い露点を達成することができるが、膜乾燥装
置は典型的には−６０°F （−５１℃）及びそれ以上程
度の圧力露点をもたらすことができる。膜乾燥装置を使
用することにより、上述したように、プラント経済性及
び必要とする生成物露点に応じて、吸着システムの必要
性を完全に省くことができる。

【００１６】発明を実施する別の実施態様では、透過タ
イプの膜乾燥装置を使用して精製されたアルゴンデオキ
ソ流から水分を取り去ることができる。この実施態様を
図面の図３に例示する。便宜上、この実施態様の共通の
機素に図２の実施態様と同じ番号を付ける。唯一の変更
は、アルゴン生成物の一部をパージガスとして使用する
ために循環させる管路３１を採用しないことである。膜
乾燥装置２９から抜き出した水分の多い透過ガスを、図
２の実施態様のように、一層選択的に透過し得る水分と
共に膜を透過するアルゴンを回収するために、供給圧縮
機２１の入口に循環させる。発明の図３の実施態様は通
常一層好適な図２の実施態様の利点の内の多くを具体化
することが分かるものと思うが、精製されたアルゴン生
成物から水分を取り去るのを助成するのに、還流或はパ
ージガスよりもむしろアルゴン透過ガスを使用すること
は、膜乾燥装置システムが作業条件の変動に応じる能力
の自由度を取り去る働きをする。

【００１７】発明の別の実施態様では、精製されたアル
ゴン生成物を乾燥させるのに用いる膜乾燥装置の低圧透
過側に、デオキソユニットへの乾燥粗製アルゴン供給流
の一部を還流させる。この実施態様を図４に例示する。
図３の実施態様のように、図４の共通の機素に、図２で
用いた同じ番号を用いて番号を付ける。図３の実施態様
のように、図２のアルゴン生成物循環管路３１を必要と
しない。しかし、管路２０の供給圧縮機２１より下流の
乾燥した圧縮された粗製アルゴン流の一部を、膜乾燥装
置をパージする目的で、バルブ３９を収容する管路３８
により抜き出す。これより、管路３８を使用して抜き出
した乾燥した粗製アルゴンの一部を膜乾燥装置２９の透
過側、好ましくはそれの生成物端に、透過側の膜の表面
から選択的に透過し得る水分を取り去るのを助成する向
流パージガスとして使用するために通す。膜乾燥装置２
９の生成物端から取り出した水分の多くなった透過質／
パージ流を、図２の実施態様のように、粗製アルゴン供
給管路２０の供給圧縮機２１より上流に通す。この特定
の実施態様は、高純度生成物アルゴンを循環させ、それ
を粗製アルゴン供給流と混合することから生じるプロセ
ス効率の損失を低減させることの利点を有する。しか
し、粗製アルゴン流中に有意の量、すなわちおよそ２％
の酸素を含有する還流流を用いることは、膜乾燥装置２
９の供給側を通る湿性の精製されたアルゴン生成物流中
に存在する酸素の濃度が低いために膜乾燥装置２９の透
過側から供給側に酸素が逆透過することによって生成物
が汚染する可能性をもたらす。

【００１８】当業者ならば、種々の変更及び変更態様を
発明の実施において特許請求の範囲に記載する通りの発
明の範囲から逸脱しないでなし得ることを認めるものと
思う。すなわち、発明の実施において使用するデオキソ
ユニットは良く知られた接触燃焼システムを含む。一般
に用いられている通りに、水素をデオキソユニットに、
デオキソユニットに通す粗製アルゴン流中の本質的にす
べての酸素と反応するのに要する化学量論量の水素を供
するのに要する量で導入する。しかし、アルゴン生成物
の純度要求の点から所望する場合には、水素或はその他
の反応体の使用量は、少し過剰の水素或はその他の反応
体が生成物アルゴン流の一部のままになるようにするの
がよい。デオキソユニットは、白金のような貴金属触
媒、或は白金−パラジウム触媒を、アルミナ基材に担持
させて使用するのが典型的である。接触燃焼システムは
触媒床を１つ或はそれ以上含むことができる。アルゴン
含有ガスを極低温蒸留することにより或はその他の方法
によって得られる粗製アルゴンの酸素分の反応に関して
説明してきたが、水素に代えてメタンのような燃料ガス
或はその他のこのような炭化水素ガスを用いて粗製アル
ゴンの酸素分と反応させて水分を形成することができる
ことは理解されるものと思う。

【００１９】膜乾燥装置に前に開示した通りの発明の図
２及び図４の実施態様で用いた生成物及び供給流と異な
る乾燥パージ流を膜乾燥装置に還流させることは発明の
範囲内である。すなわち、アルゴン精留塔のリボイラー
からの水素循環流、或はデオキソユニットで用いる水素
流のようなその他の利用可能な乾燥パージガスの源をこ
のようなパージ目的に用いることができる。このような
その他の利用可能な乾燥パージ流を膜乾燥装置の透過側
に通すことを図４に管路４０により例示し、これよりこ
のようなその他の利用可能な乾燥パージガスの源を、供
給ガスの一部を管路３８により膜乾燥装置２９に通すの
に代えてパージ目的に用いることができることは理解さ
れる。このようなその他の利用可能な乾燥パージガスの
源は、必要に応じて図４に示すように管路３３を通す、
等により圧縮機の供給側に循環させることができる。

【００２０】渦巻き膜のような種々の膜構造を発明の実
施において使用することができることは認められるもの
と思うが、中空ファイバー膜、特につる巻き形状のもの
が有利でありかつ通常好適である。膜乾燥装置に用いる
ガスの流れパターンは、十字流タイプにすることができ
或は通常一層好適な向流タイプにすることができる。極
めて有利な中空ファイバー膜構造を用い、供給流れを、
湿性の精製されたアルゴン原料を中空ファイバー膜の内
腔を通し、透過ガスを膜束のシェル側から回収するイン
サイド−アウトにするか、或は湿性の精製されたアルゴ
ン原料を膜束の外面に通し、透過ガスを中空ファイバー
膜の内腔から回収するアウトサイド−インのいずれかに
することができる。中空ファイバーの内腔内のガスと膜
束の外面上のガスとの間の通常好適な向流パターンを確
立するために、膜を、システムに入る及びシステムから
出るガス流れの円周領域を包まない外は、不浸透のバリ
ヤー内に長手方向の外面の全体にわたり包むことができ
る。これに関し、中空ファイバー或はその他の適した膜
構造について、十字流タイプの流れパターンをもたらす
束デザインが商業実施において通常採用されてきたこと
に留意すべきである。十字流運転では、膜の透過側にお
ける透過ガスの流れ方向は膜の供給側における供給ガス
の流れに対して直角になる。例えば、中空ファイバー束
を使用しかつ供給ガスを中空ファイバー膜の外側を通す
場合、ファイバーの内腔における透過質の流れ方向は中
空ファイバーの外面にわたり原料の流れに対して直角で
あるのが普通である。同様に、供給ガスを中空ファイバ
ーの内腔を通すインサイド−アウトアプローチでは、透
過ガスは中空ファイバーの表面から通常中空ファイバー
の内腔内の原料の流れの方向に対して直角の方向で通
り、次いで外側シェル内で透過ガスについての出口手段
の方向で通る。上述した通りに、向流パターンは、円周
領域を包まない外は、不浸透のバリヤー内に長手方向の
外面の全体にわたり包むことによって引き起こすことが
できる。これは供給ガス或は透過ガスを、所望の作業方
法、すなわちインサイド−アウト或はアウトサイド−イ
ンに応じて、中空ファイバーの内腔内の透過ガス或は供
給ガスの流れ方向に平行に中空ファイバーの外側を向流
に通すことを可能にさせる。中空ファイバー束の外側に
おける供給ガスは、例えばファイバー束の中央軸に対し
て直角よりもむしろ中央軸に平行に流れさせる。膜ファ
イバーは束の中央軸に平行なストレートアセンブリーで
構成してよく、或は別法として中央軸の回りにつる巻き
様式で巻くことができる。何にしても、不透過性のバリ
ヤー物質は不浸透のフィルム、例えばポリビニリデン、
等のラップにしてもよい。別法として、不透過性のバリ
ヤーは無害の溶媒から塗被する不浸透のコーティング物
質、例えばポリシロキサン、或は膜束上に設置しかつ膜
束の上に収縮させた収縮スリーブにしてもよい。不透過
性のバリヤーは、このように中空ファイバー或はその他
の膜束を包み、かつ流体がファイバー束の軸に実質的に
平行な方向に流れるようにガスが束の中に或は束から流
れるのを可能にする開口を中に有する。流れパターン
は、発明の目的から、向流の湿性の高純度アルゴン供給
流及び透過ガス／パージガスの内の一つにするのが好ま
しい。

【００２１】発明のアルゴン精製目的に用いる膜は、ポ
リスルホン基材上に付着したセルロースアセテート或は
エチルセルロースのように、多孔質基材上に付着させた
分離層が膜の選択特性を決める複合膜もしくは一種の材
料、例えばポリスルホンの非対称膜であって、一方が膜
の選択特性を決める薄い、稠密なスキン領域を含むもの
とそれ程稠密ではない多孔質支持材領域との２つの別の
形態学的領域を有する非対称膜、もしくは多成分膜のよ
うなそれらの変種を含むことができる。稠密な均質膜が
通常生成物乾燥用途用に使用され、このような稠密な膜
は発明の実施において使用することができるが、かかる
稠密な膜を使用することは、膜の固有の限界により、好
適なものではない。

【００２２】発明の実施において使用する膜は、膜束の
アセンブリーで用いるのが普通であり、エンクロジャー
内に位置させて膜システムの主要素を構成する膜モジュ
ールを形成するのが典型的である。膜システムは単一モ
ジュール或は多数のかかるモジュールを並行か或は直列
のいずれかの作業用に配置させてなることができる。

【００２３】発明の特定の実施態様の実施において使用
するパージガスは、上述した源から簡便に得られる乾燥
した、或は比較的乾燥したパージガスにすべきである。
比較的乾燥したパージガスは乾燥させたアルゴン生成物
中の水分の分圧を越えない水分分圧を有するものであ
る。パージガス水分分圧は、発明の例示した実施態様に
関して前に開示したパージガスの源に関してそうなる
が、生成物アルゴン流における水分分圧の半分より低く
するのが好ましい。特許請求の範囲に記載する通りに、
乾燥パージガスは上記した通りの乾燥パージガスか或は
比較的乾燥したパージガスのいずれかを含むことが理解
されるものと思う。

【００２４】上述した通りに、吸着システムは発明のア
ルゴン精製方法及びシステムの特定の用途において要求
されないが、慣用の実施のように、吸着システムを、そ
の上流に位置させた膜乾燥装置システムと共に採用する
ことは発明の範囲内である。吸着システムは、採用する
場合、通常熱スイング吸着システム（ＴＳＡ）である。
当業者ならば、かかるＴＳＡシステムが水分を精製され
たアルゴン流の一層容易に吸着し得る成分として選択的
に吸着することができる吸着剤物質の床を１つ又はそれ
以上収容することを認識するものと思う。かかるＴＳＡ
システムは、各々の床が、順に、通常、供給ガス混合物
を一層低い吸着温度レベルの床に導入する間床からそれ
程容易には吸着し得ない成分、すなわち精製されたアル
ゴンが抜き出され、かつ一層高い床再生温度で床熱再生
する間に床から一層容易に吸着し得る成分、すなわち水
分が抜き出される吸着−脱着サイクルを受ける種々の加
工サイクルを採用することは理解されるものと思う。Ｔ
ＳＡシステムは、通常各々の床で行なわれる加工サイク
ルにおいて多数の個々の工程を伴うことが知られている
が、特定の実施態様において採用するＴＳＡ加工サイク
ルの詳細、例えば温度レベル、熱入力の期間、パージ、
等は発明の核心に達せず、本明細書中で詳細に説明する
必要はない。精製されたアルゴン流から残留する微量の
水分を選択的に吸着することができる任意の適した吸着
剤物質をＴＳＡシステムにおいて用いることができる
が、５Ａ或は１３Ｘシーブのようなゼオライトモレキュ
ラーシーブが通常好適である。また、膜乾燥装置から非
透過ガスとして取り出される精製されたアルゴン流中に
存在する微量の水分を取り出すためにＴＳＡシステムに
代えて既知の化学的、吸着或は圧力スイング吸着技術の
ようなその他の慣用のクリーナップ技術を用いてもよい
ことに留意すべきである。

【００２５】図２の実施態様及び図４の別の実施態様に
例示する通りの発明の好適な実施態様では、膜乾燥装置
は、膜束において向流流れ通路を有しかつ乾燥パージガ
スをその透過側に通して作動させて膜の透過側から水分
を運び去りかつ水分を取り去るための膜を横切る推進力
を高く保つのが望ましい。このアプローチは、必要とす
る膜表面積、及び所定の生成物露点、すなわち乾燥のレ
ベルを達成するのに必要なアルゴン生成物損失を最少に
する働きをする。膜を通る共透過（ｃｏ−ｐｅｒｍｅａ
ｔｉｏｎ）によるアルゴン生成物損失を膜乾燥装置を通
る湿性の精製されたアルゴン流の全流量の５％より少な
い、好ましくは２％より少ない、最も好ましくは０．５
％より少ないところに保つのが望ましい。対照して、発
明の図３の実施態様は、膜の表面から水分を取り去るの
を助成するのに膜の透過側にパージガスを使用しない。
アルゴン生成物の共透過を用いて水分を取り去るのを助
成し、透過ガスを上述した通りに循環させる。用いるガ
ス流れパターンは、膜の透過側の透過ガスの流れ方向を
膜の供給側の精製されたアルゴン流の流れに対して直角
にする十字流タイプにすることができる。しかしなが
ら、図３の実施態様並びに発明のその他の実施態様につ
いて、上述した通りに膜、例えば、中空ファイバー束を
不浸透のバリヤー内に包むことによって引き起こされる
向流パターンが通常好適である。

【００２６】アルゴン含有流を極低温蒸留することによ
り得られる粗製アルゴンの精製は重要な産業上の加工作
業を表わす。発明は、現行のアルゴン精製アプローチに
付随する作業上の問題を克服する点で、アルゴン分野に
おける重要な進歩をもたらす。膜乾燥装置が固有に簡単
であり、かつ特に高い周囲及び／又は冷却水温度の期間
によって引き起こされる温度感応性問題を克服すること
は、発明の実施が、アルゴン生成物の損失或は汚染を最
少にしながら、簡単、安価なアルゴン精製を提供するの
を可能にさせる。

【図面の簡単な説明】

【図１】粗製アルゴン流を精製するための慣用の加工シ
ステムを例示するプロセスフローダイヤグラムである。

【図２】生成物を還流させる膜乾燥装置を使用する粗製
アルゴン流を精製するための発明の実施態様を例示する
プロセスフローダイヤグラムである。

【図３】透過タイプの膜乾燥装置を使用する発明の別の
実施態様のプロセスフローダイヤグラムである。

【図４】原料を還流させる膜乾燥装置を使用する発明の
実施態様のプロセスフローダイヤグラムである。

【符号の説明】

５ デオキソユニット ９ コンデンセート分離容器 １１ 吸着システム ２３ デオキソユニット ２７ コンデンセート分離容器 ２９ 膜乾燥装置 ３５ 吸着システム

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）望まない酸素を含有する粗製アル
   ゴン流を供給ガスとして接触燃焼ユニットに通して粗製
   アルゴン流の酸素分と水素或は燃料ガスとを反応させて
   水分を形成し、それで湿性の精製されたアルゴン流を形
   成し； （ｂ）湿性の精製されたアルゴン流を冷却して凝縮した
   水分を取り出し； （ｃ）湿性の精製されたアルゴン流を，中に存在する残
   留水分を選択的に透過させることができる膜乾燥装置に
   導入し； （ｄ）膜乾燥装置から乾燥した高純度アルゴン流を非透
   過ガスとして回収し； （ｅ）膜乾燥装置の低圧透過側から水分量の多いガスを
   透過ガスとして別に抜き出し；及び （ｆ）透過ガスを更なる量の粗製アルゴン流と共に供給
   ガスとして接触燃焼ユニットに通すことを含み、それで
   乾燥した高純度アルゴンが周囲温度条件の変化に有意に
   感応することなくかつ所望のアルゴン生成物の損失を最
   少にして得られる粗製アルゴンの精製方法。
2. 【請求項２】 粗製アルゴン流を圧縮した後に前記接触
   燃焼ユニットに通し、前記透過ガスを粗製アルゴン流の
   圧縮の上流に循環させることを含む請求項１の方法。
3. 【請求項３】 乾燥パージガスを膜乾燥装置の透過側に
   通して膜乾燥装置の透過側の表面から透過水分を取り去
   るのを助成する請求項１の方法。
4. 【請求項４】 前記パージガスが膜乾燥装置から非透過
   ガスとして取り出される乾燥した高純度アルゴン流の一
   部を含む請求項３の方法。
5. 【請求項５】 前記パージガスが接触燃焼ユニットへの
   供給ガス一部を含む請求項３の方法。
6. 【請求項６】 膜乾燥装置が向流パターンに適応させた
   膜束を収容し、膜乾燥装置において透過ガスを湿性の精
   製されたアルゴン流の流れに全体的に平行に流すことを
   含む請求項１の方法。
7. 【請求項７】 膜乾燥装置からの乾燥した高純度アルゴ
   ンを該高純度アルゴンから微量の水分を取り去るように
   適応させた吸着系に通し、該吸着系から更に精製された
   乾燥した高純度アルゴン生成物流を回収することを含む
   請求項１の方法。
8. 【請求項８】 前記粗製アルゴン流がアルゴン９５％、
   酸素２％、水素２％及び窒素１％を含有し、前記乾燥し
   た高純度アルゴン流がアルゴン濃度９７％、水素２％及
   び窒素１％を有する請求項１の方法。
9. 【請求項９】 粗製アルゴン流の酸素分を接触燃焼ユニ
   ットにおいて水素と反応させる請求項１の方法。
10. 【請求項１０】 （ａ）粗製アルゴン流の酸素分と水素
    或は燃料ガスとを反応させて水分を形成ように適応させ
    た接触燃焼ユニット； （ｂ）粗製アルゴン流及び水素或は燃料ガスを別々に接
    触燃焼ユニットに通す導管手段； （ｃ）接触燃焼ユニットから湿性の精製されたアルゴン
    流を取り出す導管手段； （ｄ）接触燃焼ユニットから取り出した湿性の精製され
    たアルゴン流を冷却し及び冷却した湿性の精製されたア
    ルゴン流から凝縮した水分を取り出す導管手段； （ｅ）湿性の冷却した精製されたアルゴン流中に存在す
    る残留水分を選択的に透過させることができる膜乾燥装
    置； （ｆ）凝縮した水分を取り出す手段からの冷却した湿性
    の精製されたアルゴン流を膜乾燥装置に通す導管手段； （ｇ）膜乾燥装置から乾燥した高純度アルゴン流を非透
    過ガスとして回収する導管手段； （ｈ）膜乾燥装置の低圧透過側から水分を透過ガスとし
    て抜き出し、及び透過ガスを循環させて更なる量の粗製
    アルゴン流と共に接触燃焼ユニットに通す別の導管手段
    を含み、それで乾燥した高純度アルゴンが周囲温度条件
    の変化に有意に感応することなくかつ所望のアルゴン生
    成物の損失を最少にして得られる粗製アルゴンを精製す
    るシステム。
11. 【請求項１１】 接触燃焼ユニットに通す粗製アルゴン
    流及び循環される透過ガスを圧縮する圧縮装置手段を含
    み、循環される透過ガスを圧縮装置手段の上流に循環さ
    せる請求項１０のシステム。
12. 【請求項１２】 膜乾燥装置の透過側の表面から透過水
    分を取り去るのを助成するために乾燥パージガスを膜乾
    燥装置の透過側に通す導管手段を含む請求項１０のシス
    テム。
13. 【請求項１３】 乾燥パージガス用導管手段が膜乾燥装
    置から取り出した乾燥した高純度アルゴン流の一部を膜
    乾燥装置の透過側に通す導管手段を含む請求項１２のシ
    ステム。
14. 【請求項１４】 乾燥パージガス用導管手段が粗製アル
    ゴン流の一部を膜乾燥装置の透過側に通す導管手段を含
    む請求項１２のシステム。
15. 【請求項１５】 膜乾燥装置が、透過ガスが冷却した湿
    性の精製されたアルゴン流の流れに全体的に平行に流れ
    る向流パターンに適応させた膜束を収容する請求項１０
    のシステム。
16. 【請求項１６】 膜乾燥装置が中空ファイバー膜の束を
    含む請求項１０のシステム。
17. 【請求項１７】 膜乾燥装置から取り出した乾燥した高
    純度アルゴンから微量の水分を取り去るように適応させ
    た吸着系；及び該吸着系から更に精製された乾燥した高
    純度アルゴン生成物流を回収する導管手段を含む請求項
    １０のシステム。
18. 【請求項１８】 更に精製された乾燥した高純度アルゴ
    ン生成物流から粒状物質を取り除くダストフィルター手
    段を含む請求項１７のシステム。