JPH09173757A - Purifying apparatus - Google Patents
Purifying apparatusInfo
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- JPH09173757A JPH09173757A JP7333576A JP33357695A JPH09173757A JP H09173757 A JPH09173757 A JP H09173757A JP 7333576 A JP7333576 A JP 7333576A JP 33357695 A JP33357695 A JP 33357695A JP H09173757 A JPH09173757 A JP H09173757A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、電子工業等の高
純度窒素ガスが使用される分野で用いられる窒素ガスの
精製装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nitrogen gas refining apparatus used in fields such as electronics industry where high-purity nitrogen gas is used.
【０００２】[0002]
【従来の技術】電子工業では、極めて多量の窒素ガスが
使用されている。このような窒素ガスは、液化窒素タン
クから液化窒素を取り出し、蒸発器を通して気化させた
のち、パージ用やシール用の窒素ガスとして使用されて
いる。原料とされる液化窒素は、一般に、深冷空気分離
プラントによって製造されているが、上記深冷空気分離
プラントで製造された液化窒素中には、不純物としてｐ
ｐｍオーダーの酸素や一酸化炭素が含まれている。これ
ら微量の酸素および一酸化炭素は、電子工業で製造され
る半導体製品の歩留りを著しく低下させるため、極めて
高純度の窒素ガスを使用することが要求される。このた
め、上記蒸発器から得られる窒素ガスを、さらに精製装
置を通すことにより窒素ガス中の酸素や一酸化炭素を除
去することが行われる。2. Description of the Related Art An extremely large amount of nitrogen gas is used in the electronic industry. Such nitrogen gas is used as nitrogen gas for purging and sealing after liquefied nitrogen is taken out from the liquefied nitrogen tank and vaporized through an evaporator. The liquefied nitrogen used as a raw material is generally produced by a cryogenic air separation plant. However, the liquefied nitrogen produced by the cryogenic air separation plant contains p as an impurity.
It contains oxygen and carbon monoxide in the pm order. These minute amounts of oxygen and carbon monoxide significantly reduce the yield of semiconductor products manufactured in the electronic industry, and therefore it is required to use nitrogen gas of extremely high purity. Therefore, the nitrogen gas obtained from the evaporator is further passed through a purifier to remove oxygen and carbon monoxide from the nitrogen gas.
【０００３】このような精製装置として、例えば、図１
に示すものが用いられている。図において、１１は液化
窒素を貯留する液化窒素タンクであり、この液化窒素タ
ンク１１の中の液化窒素には、不純物としてＯ2 やＣＯ
が含まれている。液化窒素タンク１１から取り出された
液化窒素は、蒸発器８により気化されたのち、熱回収熱
交換器１によって予熱される。このＯ2 およびＣＯを含
む窒素ガスは、ヒーター２で約１５０℃まで加熱された
のち反応筒３に導入される。この反応筒３には、Ｐｄ触
媒が充填されており、窒素ガス中のＯ2 とＣＯを反応さ
せてＣＯ2 を生成させる。この反応筒３から送出された
窒素ガスには、反応で生成したＣＯ2 と未反応の残存Ｏ
2 が含まれており、この窒素ガスは、上記熱回収熱交換
器１および冷却器４により常温まで冷却されたのち、脱
酸素筒５に送入される。この脱酸素筒５には、Ｎｉ剤が
充填され、上記未反応の残存Ｏ2 が、上記Ｎｉ剤と反応
してＮｉＯが生成されることにより除去されるようにな
っている。この脱酸素筒５から送出された窒素ガスは、
内部にモレキュラーシーブが充填された吸着筒６に導入
され、上記反応筒３で生成されたＣＯ2 が吸着除去さ
れ、高純度窒素ガスに精製される。この吸着筒６から送
出された高純度窒素ガスは、取出路９から製品窒素ガス
として取り出されて使用に供される。一方、この精製装
置において、上記脱酸素筒５および吸着筒６は、つぎの
ようにして再生される。すなわち、上記吸着筒６を再生
する場合には、精製された製品窒素ガスの一部を、取出
路９から弁２２を介して再生ガス用配管２４に取り出
し、ヒーター７により約２５０℃に加熱したのち、弁２
１ｃ，２１ｄを介して吸着筒６内を逆方向に通過させ
る。これにより、モレキュラーシーブに吸着されたＣＯ
2 が放出されて除去される。また、脱酸素筒５を再生す
る場合には、再生用ガスとしてＨ2 を使用し、このＨ2
を弁２３を介して再生ガス用配管２４に送入し、ヒータ
ー７により加熱したのち、脱酸素筒５内を通過させる。
これにより、脱酸素筒５内部に生じたＮｉＯをＮｉに還
元することが行われる。再生が終了したのちの再生用ガ
スは、弁２１ａ，２１ｂを介して排ガス用パイプ２７か
ら排出される。そして、上記脱酸素筒５および吸着筒６
は、それぞれ２組づつ備えられており、弁１０ａ，１０
ｂ，１０ｃ，１０ｄおよび弁２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，
２１ｄを操作することにより、精製と再生とを一定時間
（例えば８時間）毎に切り換えて使用される。An example of such a refining apparatus is shown in FIG.
The one shown in is used. In the figure, 11 is a liquefied nitrogen tank for storing liquefied nitrogen. The liquefied nitrogen in this liquefied nitrogen tank 11 contains O 2 and CO as impurities.
It is included. The liquefied nitrogen taken out from the liquefied nitrogen tank 11 is vaporized by the evaporator 8 and then preheated by the heat recovery heat exchanger 1. The nitrogen gas containing O 2 and CO is heated to about 150 ° C. by the heater 2 and then introduced into the reaction tube 3. The reaction cylinder 3 is filled with a Pd catalyst, and reacts O 2 in the nitrogen gas with CO to generate CO 2 . The nitrogen gas delivered from the reaction tube 3 contains CO 2 produced in the reaction and unreacted residual O 2.
2 is contained therein, and this nitrogen gas is cooled to room temperature by the heat recovery heat exchanger 1 and the cooler 4 and then fed into the deoxidizing cylinder 5. The deoxidizing cylinder 5 is filled with a Ni agent, and the unreacted residual O 2 is removed by reacting with the Ni agent to produce NiO. The nitrogen gas sent from the deoxidizing cylinder 5 is
It is introduced into an adsorption column 6 having a molecular sieve filled therein, CO 2 generated in the reaction column 3 is adsorbed and removed, and purified into high-purity nitrogen gas. The high-purity nitrogen gas sent out from the adsorption column 6 is taken out as a product nitrogen gas from the take-out passage 9 and used. On the other hand, in this refining apparatus, the deoxidizing cylinder 5 and the adsorption cylinder 6 are regenerated as follows. That is, when the adsorption cylinder 6 is regenerated, a part of the purified product nitrogen gas is taken out from the take-out passage 9 to the regenerated gas pipe 24 through the valve 22 and heated to about 250 ° C. by the heater 7. Later, valve 2
The suction cylinder 6 is passed in the opposite direction via 1c and 21d. As a result, the CO adsorbed on the molecular sieve is
2 is released and removed. Further, when reproducing oxygen cylinder 5, and using H 2 as the regeneration gas, the H 2
Is fed into the regeneration gas pipe 24 through the valve 23, heated by the heater 7, and then passed through the deoxidizing cylinder 5.
As a result, NiO generated inside the deoxidizing cylinder 5 is reduced to Ni. After the regeneration is completed, the regeneration gas is discharged from the exhaust gas pipe 27 through the valves 21a and 21b. Then, the deoxidizing cylinder 5 and the adsorption cylinder 6
Are provided in two sets each, and the valves 10a, 10
b, 10c, 10d and valves 21a, 21b, 21c,
By operating 21d, purification and regeneration are switched at regular intervals (for example, 8 hours) and used.
【０００４】ところが、上記精製装置では、液化窒素を
蒸発器８で気化させたのち、この気化された窒素ガスを
一旦ヒーター２で加熱して反応筒３で反応させ、再び冷
却器４で冷却してから脱酸素筒５および吸着筒６で不純
物を吸着，除去させるという非常に複雑な工程となって
いる。このため、反応筒３，脱酸素筒５，吸着筒６，ヒ
ーター２および冷却器４等構成する機器が多く、装置全
体が大型で、設備費も高くなる。また、不純物の除去に
高温反応を利用した反応筒３を用いているとともに、吸
着筒６および脱酸素筒５の再生にも加熱した再生ガスを
使用するため、装置自体を高温運転しなければならず、
設備費やランニングコストが高くなるうえ、高温下にお
いて制御機器が誤作動するおそれもある。また、超低温
の液化窒素を不純物除去のためにわざわざ加熱するた
め、エネルギー的な無駄が多く、効率が悪いという問題
がある。さらに、原料として使用される液化窒素中にＯ
2 が殆ど含まれていない場合や、ＣＯに比べてＯ2 が少
ない場合には、ＣＯ濃度を所定値以下に低減することが
できず、製品窒素ガスの純度が悪くなるという問題があ
る。しかも、吸着筒６の再生と脱酸素筒５の再生とを別
々に行う必要があるため再生作業も煩雑である。そのう
え、脱酸素筒５を再生するための再生用ガスとしてＨ2
を用いるため、ランニングコストが高くなるという問題
もある。また、Ｈ2 により脱酸素筒５を再生した後に
は、再び製品窒素ガスによって上記Ｈ2 をパージしなけ
ればならず、再生作業に非常に手間がかかるうえ、この
ときのパージが不十分であった場合には、Ｈ2 が装置内
に残存し、結果的に製品窒素ガスの純度が悪くなるとい
う問題も生じる。However, in the above refining apparatus, after liquefied nitrogen is vaporized by the evaporator 8, the vaporized nitrogen gas is once heated by the heater 2 to be reacted in the reaction tube 3 and then cooled by the cooler 4 again. After that, the deoxidizing cylinder 5 and the adsorption cylinder 6 adsorb and remove impurities, which is a very complicated process. Therefore, there are many components such as the reaction cylinder 3, the deoxidization cylinder 5, the adsorption cylinder 6, the heater 2 and the cooler 4, and the entire apparatus is large, and the equipment cost is high. Further, since the reaction tube 3 that uses a high temperature reaction is used to remove impurities and the heated regenerated gas is used to regenerate the adsorption tube 6 and the deoxygenation tube 5, the apparatus itself must be operated at high temperature. No
In addition to high equipment costs and running costs, the control device may malfunction at high temperatures. Further, since liquefied nitrogen at ultra-low temperature is purposely heated to remove impurities, there is a problem that energy is wasted and efficiency is low. Furthermore, O is added to the liquefied nitrogen used as a raw material.
When 2 is hardly contained or when O 2 is smaller than CO, there is a problem that the CO concentration cannot be reduced to a predetermined value or less and the purity of the product nitrogen gas deteriorates. Moreover, since the regeneration of the adsorption cylinder 6 and the regeneration of the deoxygenation cylinder 5 need to be performed separately, the regeneration work is also complicated. In addition, H 2 is used as a regeneration gas for regenerating the deoxidizing cylinder 5.
Therefore, there is also a problem that the running cost becomes high. Also, after playing deoxygenated tube 5 with H 2 it must be purged again the H 2 by the product nitrogen gas, after which very time-consuming to reproduce the work, purged at this time was insufficient In that case, H 2 remains in the apparatus, resulting in a problem that the purity of the product nitrogen gas deteriorates.
【０００５】そこで、簡略な設備で窒素ガスを精製する
ために、実公平３−５１３０９号公報に示すような液化
窒素蒸発装置が提案され、すでに実用化されている。こ
の装置は、図２に示すように、液化窒素貯槽３０から液
化窒素蒸発器３１，３２に液化窒素が送入され、この液
化窒素蒸発器３１，３２で液化窒素の気化と不純物の除
去とが行われるようになっている。上記液化窒素蒸発器
３１，３２は、その内部に設けられた熱交換パイプ３１
ａ，３２ａの一部が吸着部３１ｂ，３２ｂに形成されて
いる。この吸着部３１ｂ，３２ｂには、超低温（液化窒
素の沸点〔−１９６℃〕近傍およびそれより高温域〔例
えば−１５０℃〕）において酸素および一酸化炭素を選
択的に吸着する合成ゼオライトが充填されている。そし
て、熱交換パイプ３１ａ，３２ａの入口側から送入され
た液化窒素は、この熱交換パイプ３１ａ，３２ａ内での
気化の過程において、吸着部３１ｂ，３２ｂを通過し、
内部の合成ゼオライトにより、不純酸素および一酸化炭
素が選択的に吸着除去されて高純度の状態となる。この
高純度窒素ガスは、上記熱交換パイプ３１ａ，３２ａ出
口側から送出され、共通取出路３３から取り出される。
一方、上記吸着部３１ｂ，３２ｂの再生は、上記共通取
出路３３から高純度窒素ガスの一部を、逆止弁３４ａ，
３５ａが設けられた接続路３４，３５に取り出し、液化
窒素蒸発器３１，３２内を逆流させて吸着部３１ｂ，３
２ｂ内の合成ゼオライトの再生を行う。そして、弁３
６，３７，３８，３９を操作して、２個一組の液化窒素
蒸発器３１，３２で交互に精製と再生とを一定時間毎に
切り換えて使用される。４０は排出弁であり、再生中に
液化窒素蒸発器３１，３２を逆流して送出された再生用
の窒素ガスを放出するようになっている。Therefore, in order to purify nitrogen gas with a simple facility, a liquefied nitrogen vaporizer as shown in Japanese Utility Model Publication No. 3-51309 has been proposed and has been put into practical use. In this device, as shown in FIG. 2, liquefied nitrogen is fed from a liquefied nitrogen storage tank 30 to liquefied nitrogen evaporators 31 and 32, and vaporization of liquefied nitrogen and removal of impurities are performed in the liquefied nitrogen evaporators 31 and 32. It is supposed to be done. The liquefied nitrogen evaporators 31 and 32 have the heat exchange pipes 31 provided therein.
Part of a and 32a is formed in the suction portions 31b and 32b. The adsorption sections 31b and 32b are filled with synthetic zeolite that selectively adsorbs oxygen and carbon monoxide at ultra-low temperatures (near the boiling point of liquefied nitrogen [-196 ° C] and higher temperatures [eg, -150 ° C]). ing. Then, the liquefied nitrogen fed from the inlet side of the heat exchange pipes 31a, 32a passes through the adsorption parts 31b, 32b in the process of vaporization in the heat exchange pipes 31a, 32a,
Impurity oxygen and carbon monoxide are selectively adsorbed and removed by the internal synthetic zeolite to obtain a highly pure state. This high-purity nitrogen gas is sent from the outlet side of the heat exchange pipes 31a, 32a and taken out from the common take-out path 33.
On the other hand, in the regeneration of the adsorption parts 31b and 32b, part of the high-purity nitrogen gas from the common extraction passage 33 is removed from the check valves 34a and 34a.
35a is provided to the connecting passages 34 and 35, and the insides of the liquefied nitrogen evaporators 31 and 32 are caused to flow back to adsorb the adsorption portions 31b and 3b.
The synthetic zeolite in 2b is regenerated. And valve 3
6, 37, 38 and 39 are operated to alternately use the pair of liquefied nitrogen evaporators 31 and 32 to switch between purification and regeneration at regular time intervals. Reference numeral 40 denotes a discharge valve, which discharges the nitrogen gas for regeneration sent by flowing back through the liquefied nitrogen evaporators 31 and 32 during regeneration.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この液
化窒素蒸発装置では、流体である液化窒素の温度管理が
できないため、製品窒素ガスの使用量の変動や外気温の
変化により、液化窒素蒸発器３１，３２内の流量が変動
すると、内部を流れる流体（液化窒素もしくは窒素ガ
ス、あるいはそれらの混合流体）の温度が変化する。し
たがって、この温度変化にともない合成ゼオライトの吸
着能力も変化するため、製品窒素ガスの純度が変動する
という問題がある。特に、流量が小さい場合には、液化
窒素蒸発器３１，３２内の温度が高くなって合成ゼオラ
イトの吸着能力が悪くなり、製品窒素ガスの純度も低下
する傾向がある。また、再生状態では液化窒素蒸発器３
１，３２内は常温であるため、再生状態から精製状態に
切り換えた場合には、吸着部３１ｂ，３２ｂ内が所定の
低温まで冷却され合成ゼオライトの吸着能力が回復する
までのいわゆるクールダウンに、長時間を要するという
問題がある。特に、流量が小さい場合には、所定温度ま
で充分冷却されるまでの間は、酸素および一酸化炭素が
吸着されず製品に混入され、製品窒素ガスの純度が悪く
なるという問題がある。However, in this liquefied nitrogen vaporizer, since the temperature of liquefied nitrogen, which is a fluid, cannot be controlled, the liquefied nitrogen vaporizer 31 is subject to fluctuations in the amount of product nitrogen gas used and changes in the outside air temperature. When the flow rate in the fluids 32 and 32 fluctuates, the temperature of the fluid (liquefied nitrogen or nitrogen gas, or a mixed fluid thereof) flowing therein changes. Therefore, since the adsorption capacity of the synthetic zeolite also changes with this temperature change, there is a problem that the purity of the product nitrogen gas changes. In particular, when the flow rate is small, the temperature inside the liquefied nitrogen evaporators 31, 32 becomes high, the adsorption capacity of the synthetic zeolite deteriorates, and the purity of the product nitrogen gas tends to decrease. In the regenerated state, the liquefied nitrogen evaporator 3
Since the insides of 1, 32 are at room temperature, when switching from the regenerating state to the refining state, the so-called cooldown is performed until the adsorption portions 31b, 32b are cooled to a predetermined low temperature and the adsorption capacity of the synthetic zeolite is recovered. There is a problem that it takes a long time. In particular, when the flow rate is low, there is a problem that oxygen and carbon monoxide are not adsorbed and are mixed into the product until the temperature is sufficiently cooled to a predetermined temperature, and the purity of the product nitrogen gas deteriorates.
【０００７】この発明は、このような事情に鑑みなされ
たもので、装置自体が小形で、ランニングコストが安
く、しかも、常に高純度の製品窒素ガスが得られる精製
装置の提供をその目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a refining apparatus which is compact in size, has a low running cost, and can always obtain a high-purity product nitrogen gas. .
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明の精製装置は、液化窒素を気化させて製品
窒素ガスとして取り出す際に不純物を除去する精製装置
であって、液化窒素の一部を気化させる蒸発器と、この
蒸発器で気化された窒素ガスと液体のままの液化窒素を
混合して一定温度の超低温窒素ガスを生成する混合器
と、この混合器で生成した超低温窒素ガスを超低温のま
ま吸着剤中に通し酸素および一酸化炭素を吸着除去する
吸着筒と、この吸着筒で酸素および一酸化炭素が除去さ
れた高純度窒素ガスを常温まで加温する熱交換器と、こ
の熱交換器で加温された常温の製品窒素ガスの一部を上
記吸着筒に吸着剤の再生ガスとして導入する再生ガス導
入パイプと、製品窒素ガスを取り出す取出路と、上記高
純度窒素ガスの一部を放出する放出弁とを備えていると
いう構成をとる。In order to achieve the above object, the purifying apparatus of the present invention is a purifying apparatus for removing impurities when vaporizing liquefied nitrogen and taking it out as product nitrogen gas. An evaporator that partially evaporates, a mixer that mixes the nitrogen gas that has been vaporized by this evaporator and liquid nitrogen that is still liquid to generate ultra-low temperature nitrogen gas at a constant temperature, and ultra-low temperature nitrogen that is produced by this mixer An adsorption column that adsorbs and removes oxygen and carbon monoxide by passing the gas through the adsorbent at ultra-low temperature, and a heat exchanger that warms the high-purity nitrogen gas from which oxygen and carbon monoxide have been removed by this adsorption column to room temperature. , A regeneration gas introduction pipe for introducing a part of the normal-temperature product nitrogen gas heated by this heat exchanger into the adsorption column as a regeneration gas for the adsorbent, an extraction path for taking out the product nitrogen gas, and the high-purity nitrogen Part of the gas A configuration that includes a release valve to release.
【０００９】すなわち、この精製装置は、一定温度の超
低温窒素ガスが超低温のままで吸着剤中に通されるた
め、吸着剤は、常に一定温度に冷却された状態で、酸素
および一酸化炭素を選択的に吸着することができる。し
たがって、常に高純度の製品窒素ガスが得られるように
なり、従来のように製品窒素ガスの純度が低下したりば
らついたりすることがない。また、超低温域においての
吸着剤のガス吸着容量は、常温時の数十倍から数百倍で
あり、非常に優れた吸着能が発揮されるため、常温吸着
のものに比べて吸着剤の充填量を大幅に減らすことがで
き、結果的に吸着筒自体を非常に小形化することが可能
となる。しかも、再生の際に再生ガスを２００℃以上に
加熱する必要がなく、少なくとも常温以下（−５０℃）
の再生温度で充分に吸着物の除去が可能で、しかも大気
からのヒートリーク等による吸着筒の加温によっても再
生することが可能である。このように、この発明は、超
低温窒素ガスを超低温のまま吸着剤中に通すようにして
おり、吸着剤の低温時の性能を最大限に活用するため、
エネルギー効率が非常に良くなる。また、加熱装置等も
不要で、装置自体がさらに小形になるとともに、設備自
体も安価になり、しかもランニングコストが安くなる。
さらに、高純度窒素ガスの一部を放出する放出弁を備え
ていることから、再生後に上記放出弁から高純度窒素ガ
スの一部を放出させ、吸着筒内を所定の低温まで充分冷
却してから製品窒素ガスを取り出すことができるため、
従来のように、パージが不十分で製品窒素ガスの純度が
悪くなるようなことがない。That is, in this refining apparatus, since ultra-low temperature nitrogen gas at a constant temperature is passed through the adsorbent at an ultra-low temperature, the adsorbent always keeps oxygen and carbon monoxide in a state of being cooled to a constant temperature. It can be adsorbed selectively. Therefore, high-purity product nitrogen gas can always be obtained, and the purity of the product nitrogen gas does not decrease or fluctuate as in the conventional case. In addition, the gas adsorption capacity of the adsorbent in the ultra-low temperature range is several tens to several hundreds of times that at room temperature, and because it exhibits an extremely excellent adsorption capacity, it is packed with an adsorbent more than that at room temperature. The amount can be greatly reduced, and as a result, the adsorption cylinder itself can be made extremely small. Moreover, it is not necessary to heat the regeneration gas to 200 ° C. or above during regeneration, and at least below room temperature (−50 ° C.)
It is possible to sufficiently remove the adsorbate at the regeneration temperature of 1, and it is also possible to regenerate by heating the adsorption cylinder due to heat leak from the atmosphere. As described above, the present invention allows ultra-low temperature nitrogen gas to pass through the adsorbent as it is at ultra-low temperature, and in order to maximize the performance of the adsorbent at low temperatures,
It is very energy efficient. Further, since a heating device or the like is not necessary, the device itself can be further downsized, the equipment itself can be inexpensive, and the running cost can be reduced.
Furthermore, since it is equipped with a release valve for releasing a part of the high-purity nitrogen gas, after the regeneration, a part of the high-purity nitrogen gas is released from the release valve, and the inside of the adsorption cylinder is sufficiently cooled to a predetermined low temperature. Because product nitrogen gas can be taken out from
Unlike the conventional case, the purging is not insufficient and the purity of the product nitrogen gas is not deteriorated.
【００１０】[0010]
【発明の実施の形態】つぎに、この発明の実施の形態を
図面にもとづいて詳しく説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【００１１】図３は、この発明の実施形態を示す精製装
置である。図において、１１は液化窒素を貯留する液化
窒素タンクである。２２は上記液化窒素タンクから液化
窒素を送出する送出パイプであり、この送出パイプ２２
は、液化窒素を気化させて窒素ガスとして送る窒素ガス
用パイプ２２ａと、液化窒素を液体のまま送る液化窒素
用パイプ２２ｂとに分岐している。１２は上記窒素ガス
用パイプ２２ａに設けられ、液化窒素タンク２２から送
出される液化窒素を気化させる蒸発器である。１９は上
記窒素ガス用パイプ２２ａから送入される窒素ガスと、
液化窒素用パイプ２２ｂから送入される液化窒素とが混
合され、超低温の窒素ガスが生成される混合器である。
１５は上記混合器１９に設けられた温度計であり、コン
トローラー１６を介して上記窒素ガス用パイプ２２ａお
よび液化窒素用パイプ２２ｂに設けられたコントロール
弁１３，１４を開閉操作するようになっている。１７は
超低温において酸素および一酸化炭素に対する選択吸着
能を有する吸着剤（例えば、モレキュラーシーブ）が充
填された２個一組の吸着筒である。２５は取出路であ
り、弁２３ｃ，２３ｄを介して吸着筒１７から送出され
る高純度の製品窒素ガスが取り出される。１８は上記取
出路２５に設けられ、高純度窒素ガスを常温まで加温す
る熱交換器である。２６は上記取出路２５から分岐する
ように設けられ、上記熱交換器１８で加温された常温窒
素ガスを再生ガスとして弁２４ｃ，２４ｄを介して吸着
筒１７に送入する再生ガス用パイプである。２７は吸着
筒１７の再生が終了した再生ガス（排ガス）を弁２４
ａ，２４ｂを介して排出する排ガスパイプである。２０
は再生に使われた吸着筒１７が、精製に切り換えられた
のち、混合器１９から送入される超低温窒素ガスによ
り、所定の低温に冷却されるまで製品窒素ガスを放出す
るための放出弁である。２１は吸着筒１７に設けられ、
吸着筒１７内の温度を確認するための温度計である。な
お、上記２個一組の吸着筒１７は、弁２３ａ，２３ｂ，
２３ｃ，２３ｄおよび弁２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４
ｄを操作することにより、精製と再生とを一定時間（例
えば２４時間）毎に切り換えて使用されるようになって
いる。FIG. 3 shows a refining apparatus showing an embodiment of the present invention. In the figure, 11 is a liquefied nitrogen tank for storing liquefied nitrogen. Reference numeral 22 is a delivery pipe for delivering liquefied nitrogen from the liquefied nitrogen tank.
Is branched into a pipe 22a for nitrogen gas that vaporizes liquefied nitrogen and sends it as nitrogen gas, and a pipe 22b for liquefied nitrogen that sends liquefied nitrogen as a liquid. Reference numeral 12 is an evaporator which is provided in the nitrogen gas pipe 22a and vaporizes the liquefied nitrogen sent from the liquefied nitrogen tank 22. Reference numeral 19 denotes a nitrogen gas fed from the nitrogen gas pipe 22a,
This is a mixer that mixes with liquefied nitrogen fed from the liquefied nitrogen pipe 22b to generate ultra-low temperature nitrogen gas.
Reference numeral 15 is a thermometer provided in the mixer 19, and is adapted to open and close the control valves 13 and 14 provided in the nitrogen gas pipe 22a and the liquefied nitrogen pipe 22b through the controller 16. . Reference numeral 17 is a set of two adsorption columns filled with an adsorbent (for example, a molecular sieve) having a selective adsorption ability for oxygen and carbon monoxide at ultralow temperature. Denoted at 25 is an extraction passage through which the high-purity product nitrogen gas delivered from the adsorption column 17 via the valves 23c and 23d is taken out. A heat exchanger 18 is provided in the extraction passage 25 and heats the high-purity nitrogen gas to room temperature. Reference numeral 26 is a pipe for regenerating gas which is provided so as to branch from the take-out path 25 and which feeds the room temperature nitrogen gas heated by the heat exchanger 18 to the adsorption cylinder 17 as regenerating gas through the valves 24c and 24d. is there. 27 is a valve 24 for the regeneration gas (exhaust gas) after regeneration of the adsorption cylinder 17 is completed.
It is an exhaust gas pipe discharged through a and 24b. 20
Is a release valve for releasing the product nitrogen gas until the adsorption cylinder 17 used for regeneration is cooled to a predetermined low temperature by the ultra-low temperature nitrogen gas fed from the mixer 19 after being switched to purification. is there. 21 is provided on the adsorption cylinder 17,
It is a thermometer for confirming the temperature inside the adsorption cylinder 17. In addition, the pair of adsorption cylinders 17 are provided with valves 23a, 23b,
23c, 23d and valves 24a, 24b, 24c, 24
By manipulating d, purification and regeneration are switched and used at regular intervals (for example, 24 hours).
【００１２】上記構成において、窒素ガスの精製はつぎ
のようにして行われる。すなわち、まず、液化窒素タン
ク１１に貯留された液化窒素は、送出パイプ２２から送
出され、その一部が窒素ガス用パイプ２２ａに取り出さ
れ、蒸発器１２により気化され、窒素ガスとなってコン
トロール弁１３を介して混合器１９に送入される。ま
た、残りの液化窒素は、液体のまま液化窒素用パイプ２
２ｂからコントロール弁１４を介して混合器１９に送入
される。ついで、この混合器１９において、窒素ガス用
パイプ２２ａから送入された窒素ガスと、液化窒素用パ
イプ２２ｂから送入された液化窒素とが混合されて超低
温の窒素ガスが生成される。この超低温窒素ガスは、温
度計１５により常時その温度が測定され、その測定結果
に基づいてコントローラー１６を介して上記コントロー
ル弁１３，１４が開閉操作され、窒素ガスと液化窒素と
の混合比が調節されることにより所定の一定温度が保た
れる。この一定温度の超低温窒素ガスは、弁２３ａ，２
３ｂを介して吸着筒１７に送入され、超低温のままで吸
着剤中を通過させることにより、不純物であるＯ2 およ
びＣＯが選択的に吸着除去される。この吸着筒１７で不
純物が除去された高純度窒素ガスは、弁２３ｃ，２３ｄ
を介して熱交換器１８に送られ、常温まで加温されたの
ち、取出路２５から取り出され、使用に供される。一
方、上記吸着筒１７の再生は、つぎのようにして行われ
る。すなわち、まず、熱交換器１８で常温まで加温され
た高純度窒素ガスの一部を、再生ガス用パイプ２６に取
り出し、弁２４ｃ，２４ｄを介して吸着筒１７内を逆方
法に通過させ、内部の吸着剤に吸着されたＯ2 ，ＣＯを
除去する。再生の終了した排ガスと、放出されたＯ2 お
よびＣＯは、弁２４ａ，２４ｂを介して排ガス用パイプ
２７から排出される。再生が終了した吸着筒１７は、弁
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄおよび弁２４ａ，２４
ｂ，２４ｃ，２４ｄの操作により、再生状態から精製状
態に切り換えられるが、精製状態に切り換えられた直後
は、放出弁２０を開いて製品窒素ガスを放出させ、吸着
筒１７内が混合器１９から送入される超低温窒素ガスに
よって所定の低温まで充分冷却されて吸着剤の吸着能力
が回復してから、製品窒素ガスを取出路２５に送るよう
にしている。これにより、切り換え時の製品窒素ガスの
純度低下を防止するようになっている。In the above structure, purification of nitrogen gas is performed as follows. That is, first, the liquefied nitrogen stored in the liquefied nitrogen tank 11 is sent out from the delivery pipe 22, a part of the liquefied nitrogen is taken out to the nitrogen gas pipe 22a, and is vaporized by the evaporator 12 to become nitrogen gas and become a control valve. It is fed into the mixer 19 via 13. Further, the remaining liquefied nitrogen remains in the liquid state, and the liquefied nitrogen pipe 2 is used.
It is fed into the mixer 19 from 2b via the control valve 14. Next, in this mixer 19, the nitrogen gas fed from the nitrogen gas pipe 22a and the liquefied nitrogen fed from the liquefied nitrogen pipe 22b are mixed to generate ultra-low temperature nitrogen gas. The temperature of this ultra-low temperature nitrogen gas is constantly measured by a thermometer 15, and the control valves 13 and 14 are opened / closed via a controller 16 based on the measurement result to adjust the mixing ratio of nitrogen gas and liquefied nitrogen. By this, a predetermined constant temperature is maintained. This ultra-low temperature nitrogen gas having a constant temperature is supplied to the valves 23a,
Is fed into the adsorption column 17 via 3b, by passing through the adsorbent remains cryogenic, O 2 and CO is selectively adsorbed and removed is an impurity. The high-purity nitrogen gas from which impurities have been removed by the adsorption cylinder 17 is supplied to the valves 23c and 23d.
After being sent to the heat exchanger 18 via the heat exchanger and heated to room temperature, it is taken out from the take-out path 25 and used. On the other hand, the regeneration of the adsorption cylinder 17 is performed as follows. That is, first, a part of the high-purity nitrogen gas heated to room temperature in the heat exchanger 18 is taken out to the regeneration gas pipe 26 and passed through the adsorption cylinder 17 in the reverse direction via the valves 24c and 24d, O 2 and CO adsorbed by the adsorbent inside are removed. The exhaust gas after regeneration and the released O 2 and CO are exhausted from the exhaust gas pipe 27 via the valves 24a and 24b. The adsorption cylinder 17 that has completed the regeneration has valves 23a, 23b, 23c, 23d and valves 24a, 24.
The regeneration state is switched to the purification state by operating b, 24c and 24d. Immediately after switching to the purification state, the discharge valve 20 is opened to release the product nitrogen gas, and the inside of the adsorption cylinder 17 is changed from the mixer 19 to the inside. The product nitrogen gas is sent to the take-out path 25 after the ultra-low temperature nitrogen gas fed in sufficiently cools it to a predetermined low temperature to recover the adsorption ability of the adsorbent. This prevents the purity of the product nitrogen gas from decreasing when switching.
【００１３】このように、この発明の精製装置では、吸
着剤が常に一定温度に冷却された状態で、Ｏ2 およびＣ
Ｏを選択的に吸着することができるため、常に高純度の
製品窒素ガスが得られるようになる。また、超低温域に
おいて吸着剤が非常に優れた吸着能を発揮するため、吸
着筒１７自体を非常に小形化することが可能となる。し
かも、再生の際に再生ガスを加熱する必要がなく、吸着
剤の低温時の性能を最大限に活用するため、エネルギー
効率が非常に良くなる。また、加熱装置も不要で、装置
自体がさらに小形化するとともに、設備自体も安価にな
り、ランニングコストも安くなる。さらに、高純度窒素
ガスの一部を放出する放出弁２０を備え、再生後精製に
切り換えた際に、この放出弁２０から高純度窒素ガスの
一部を放出させることにより、吸着筒１７内を所定の低
温まで充分冷却してから製品窒素ガスを取り出すことが
できるため、製品窒素ガスの純度が悪くなるようなこと
がない。As described above, in the refining apparatus of the present invention, the adsorbent is always cooled to a constant temperature, and O 2 and C
Since O can be selectively adsorbed, high-purity product nitrogen gas can always be obtained. In addition, since the adsorbent exhibits an extremely excellent adsorbing ability in the ultralow temperature range, the adsorbing cylinder 17 itself can be made extremely small. Moreover, it is not necessary to heat the regeneration gas at the time of regeneration, and since the performance of the adsorbent at low temperature is utilized to the maximum, the energy efficiency becomes very good. Further, since a heating device is not required, the size of the device itself can be further reduced, the equipment itself can be made inexpensive, and the running cost can be reduced. Further, a release valve 20 for releasing a part of the high-purity nitrogen gas is provided, and when the post-regeneration purification is switched to, a part of the high-purity nitrogen gas is released from the release valve 20, so that the inside of the adsorption cylinder 17 is Since the product nitrogen gas can be taken out after being sufficiently cooled to a predetermined low temperature, the purity of the product nitrogen gas does not deteriorate.
【００１４】なお、この発明の精製装置において、２種
類の吸着剤を使用し、吸着筒１７内に、酸素吸着用の吸
着剤として４Ａ型ゼオライトを充填するとともに、一酸
化炭素吸着用の吸着剤として５Ａまたは１３Ｘ型ゼオラ
イトを充填するようにしてもよい、このようにすること
により、製品窒素ガスの純度をさらに向上させることが
できるようになる。In the refining apparatus of the present invention, two kinds of adsorbents are used, the adsorption column 17 is filled with 4A type zeolite as an adsorbent for adsorbing oxygen, and the adsorbent for adsorbing carbon monoxide is used. Alternatively, 5A or 13X type zeolite may be filled therein. By doing so, the purity of the product nitrogen gas can be further improved.
【００１５】[0015]
【発明の効果】以上のようにこの発明の精製装置によれ
ば、吸着剤は、常に高純度の製品窒素ガスが得られるよ
うになり、製品窒素ガスの純度が低下したりばらついた
りすることがない。また、吸着筒自体を非常に小形化す
ることが可能となる。しかも、エネルギー効率が非常に
良くなる。また、加熱装置等も不要で、装置自体がさら
に小形になるとともに、設備自体も安価になり、しかも
ランニングコストが安くなる。さらに、高純度窒素ガス
の一部を放出する放出弁を備えていることから、再生後
に、上記放出弁から高純度窒素ガスの一部を放出させ、
吸着筒内を所定の低温まで充分冷却してから製品窒素ガ
スを取り出すことができ、製品窒素ガスの純度が低下す
ることがない。As described above, according to the refining apparatus of the present invention, the adsorbent can always obtain high-purity product nitrogen gas, and the purity of the product nitrogen gas may decrease or fluctuate. Absent. In addition, the adsorption cylinder itself can be made extremely small. Moreover, it is very energy efficient. Further, since a heating device or the like is not necessary, the device itself can be further downsized, the equipment itself can be inexpensive, and the running cost can be reduced. Furthermore, since a release valve for releasing a part of the high-purity nitrogen gas is provided, after regeneration, a part of the high-purity nitrogen gas is released from the release valve,
The product nitrogen gas can be taken out after sufficiently cooling the inside of the adsorption column to a predetermined low temperature, and the purity of the product nitrogen gas does not decrease.
【００１６】つぎに、実施例について説明する。Next, examples will be described.
【００１７】[0017]
【実施例】図３に示す精製装置において、吸着筒１７に
充填する吸着剤として、Ｏ2 用に４Ａ型ゼオライト、Ｃ
Ｏ用に選択吸着のより大きな５Ａまたは１３Ｘ型ゼオラ
イトを２種類使用し、混合器１９で生成される超低温窒
素ガスの温度が−１５０℃以下になるように、混合器１
９での窒素ガスと液化窒素との混合比を調節し、窒素ガ
スの精製を行った。このとき、２台の吸着筒１７は、４
８時間毎に精製と再生とを切り換えて使用した。また、
再生状態から、精製状態への切り換えの際には、放出弁
２０から製品窒素ガスを放出し、吸着筒１７内が充分冷
却されてから（−１５０℃まで）製品窒素ガスを取り出
すようにした。EXAMPLE In the purifying apparatus shown in FIG. 3, as an adsorbent to be filled in the adsorption column 17, 4A type zeolite for O 2 and C
Mixer 1 is used so that the temperature of the ultra-low temperature nitrogen gas generated in mixer 19 is −150 ° C. or lower by using two kinds of 5A or 13X type zeolite having a larger selective adsorption for O.
The mixing ratio of nitrogen gas and liquefied nitrogen in 9 was adjusted to purify nitrogen gas. At this time, the two suction cylinders 17
Purification and regeneration were switched every 8 hours for use. Also,
At the time of switching from the regeneration state to the purification state, the product nitrogen gas was released from the release valve 20 and the product nitrogen gas was taken out after the inside of the adsorption column 17 was sufficiently cooled (up to -150 ° C).
【００１８】上記のようにして窒素ガスの精製を行った
結果、製品窒素ガス中のＯ2 およびＣＯの濃度は、とも
に０．０５ｐｐｍ以下であり、高純度の製品窒素ガスが
得られた。また、製品窒素ガスの濃度の低下やばらつき
等の問題も生じなかった。As a result of purifying the nitrogen gas as described above, the concentrations of O 2 and CO in the product nitrogen gas were both 0.05 ppm or less, and high-purity product nitrogen gas was obtained. Further, there was no problem such as a decrease or variation in the concentration of the product nitrogen gas.
【図１】従来例を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing a conventional example.
【図２】他の従来例を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing another conventional example.
【図３】この発明の精製装置を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory view showing a refining device of the present invention.
１２ 蒸発器 １７ 吸着筒 １８ 熱交換器 １９ 混合器 ２０ 放出弁 ２５ 取出路 ２６ 再生ガス用パイプ 12 Evaporator 17 Adsorption Cylinder 18 Heat Exchanger 19 Mixer 20 Release Valve 25 Ejection Channel 26 Regenerated Gas Pipe
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮本 篤 大阪府堺市築港新町２丁６番地40 大同ほ くさん株式会社堺工場内 (72)発明者 田中 耕治 大阪府堺市築港新町２丁６番地40 大同ほ くさん株式会社堺工場内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Atsushi Miyamoto 2-6-6 Chikko Shinmachi, Sakai City, Osaka Prefecture 40 Daido Hokusan Co., Ltd. Sakai Factory (72) Inventor Koji Tanaka 2-6 Chikko Port, Sakai City, Osaka Prefecture 40 Daido Hokusan Co., Ltd. Sakai Factory
Claims (3)
て取り出す際に不純物を除去する精製装置であって、液
化窒素の一部を気化させる蒸発器と、この蒸発器で気化
された窒素ガスと液体のままの液化窒素を混合して一定
温度の超低温窒素ガスを生成する混合器と、この混合器
で生成した超低温窒素ガスを超低温のまま吸着剤中に通
し酸素および一酸化炭素を吸着除去する吸着筒と、この
吸着筒で酸素および一酸化炭素が除去された高純度窒素
ガスを常温まで加温する熱交換器と、この熱交換器で加
温された常温の製品窒素ガスの一部を上記吸着筒に吸着
剤の再生ガスとして導入する再生ガス導入パイプと、製
品窒素ガスを取り出す取出路と、上記高純度窒素ガスの
一部を放出する放出弁とを備えた精製装置。1. A refining device for removing impurities when vaporizing liquefied nitrogen and extracting it as product nitrogen gas, comprising an evaporator for vaporizing a part of the liquefied nitrogen, and a nitrogen gas vaporized by the evaporator. A mixer that mixes liquid nitrogen as it is to produce ultra-low temperature nitrogen gas at a constant temperature, and the ultra-low temperature nitrogen gas produced by this mixer is passed through the adsorbent at ultra-low temperature to adsorb and remove oxygen and carbon monoxide. An adsorption cylinder, a heat exchanger that heats the high-purity nitrogen gas from which oxygen and carbon monoxide have been removed to room temperature by this adsorption cylinder, and a part of the product nitrogen gas at room temperature that is heated by this heat exchanger. A refining device comprising a regeneration gas introduction pipe for introducing a regeneration gas of an adsorbent into the adsorption column, an extraction passage for taking out product nitrogen gas, and a release valve for releasing a part of the high-purity nitrogen gas.
酸化炭素に対する選択吸着能を有する吸着剤である請求
項１記載の精製装置。2. The purifying apparatus according to claim 1, wherein the adsorbent is an adsorbent having a selective adsorption ability for oxygen and carbon monoxide at an ultralow temperature.
炭素吸着用吸着剤の２種類の吸着剤が充填された請求項
１記載の精製装置。3. The purifying apparatus according to claim 1, wherein the adsorption column is filled with two kinds of adsorbents, an adsorbent for oxygen adsorption and an adsorbent for carbon monoxide adsorption.
Priority Applications (1)
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