KR20120022060A

KR20120022060A - 가스의 정제 방법 및 가스 정제 장치

Info

Publication number: KR20120022060A
Application number: KR1020110086021A
Authority: KR
Inventors: 타카요시 아다치; 카즈히코 후지에
Original assignee: 타이요 닛폰 산소 가부시키가이샤
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2011-08-26
Publication date: 2012-03-09
Also published as: TW201217044A; TWI460003B; JP5566815B2; JP2012051753A; CN102380313A

Abstract

원료 가스를 촉매에 접촉시켜서 이산화탄소와 물을 생성하는 공정과, 상기 촉매에 접촉시킨 후의 상기 원료 가스를 수분 흡착제에 접촉시키는 것에 의해 물을 제거하는 공정과, 상기 물을 제거한 후의 상기 원료 가스를 니켈 촉매에 접촉시키는 것에 의해 반응 잔류물인 산소를 제거하는 공정과, 상기 산소를 제거한 후의 상기 원료 가스를 나트륨이 0.1 ~ 10wt % 함유된 알루미나에 접촉시키는 것에 의해 이산화탄소를 제거하는 공정과, 를 구비하여서 되는 것을 특징으로 하는 가스의 정제 방법을 제공한다. 본 발명에 의하면, 질소 가스 또는 희소 가스로 이루어진 원료 가스 중의 탄화 수소류, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 산소 및 물을 제거하여 정제할 때에, 정제 장치의 소형화가 가능하고, 고가인 촉매의 충전 량을 절감할 수 있고, 정제 비용을 절감할 수 있도록 한다.

Description

가스의 정제 방법 및 가스 정제 장치{Method of Refining Gas and Gas Refining Equipment}

본 발명은 반도체 제조 등에 사용되는 질소 가스, 아르곤 가스 등의 불활성 가스에 포함된 탄화 수소류, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 산소 및 물을 제거하여 정제하는 방법과 그 장치에 관한 것이다

반도체 제조공정에 있어서는 질소가스, 아르곤가스등의 고순도 불활성 가스를 필요로 하고 있다. 이들의 불활성 가스는 일반적으로 극저온식 공기분리장치에서 제조되지만, 극저온식 공기분리장치에서 제조된 불활성 가스 중에는 ppm ~ ppb 레벨(level)의 메탄, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 산소, 물 등이 불순물로서 포함되어 있다.

그러나, 최근 반도체의 고집적화에 따라 반도체 제조공정에서 사용되는 불활성 가스 중의 불순물 농도는 ppb 이하인 것이 요구되고 있다. 따라서, 불활성 가스의 원료 가스를 더욱더 정제하는 것을 필요로 하고 있지만, 원료 가스 중에 포함되는 탄화 수소류를 효율적으로 제거하는 것이 곤란하였다.

또한, 최근의 반도체 공장의 대규모화에 따라 불활성 가스의 사용량도 대폭 증가하고 있다. 이에 따라 대형의 불활성 가스 정제 설비의 도입이 진행되고 있지만, 반도체의 치열한 가격 경쟁에 따라 불활성 가스 정제 설비의 비용 절감이 강하게 요구되고 있다.

이와 같이, 원료 가스 중의 미량의 불순물을 제거하여 정제하는 방법은 특허문헌 1에 알려져 있다. 이 특허 문헌 1에는 탄화 수소류, 일산화탄소, 산소 및 수소를 촉매에 의해 탄산가스 및 물로 전환한 후에 산소를 촉매층에서 제거하고, 이산화탄소를 제1 흡착층에서 제거하고, 수분을 제2 흡착층에서 제거하는 방법이 제안되어 있다. 그러나, 이 방법에서는 촉매와 원료 가스와의 반응에 의해 다량의 수분이 발생하기 때문에 그 영향으로 촉매층에서 산소의 제거 효율이 떨어지는 문제가 있었다.

또한, 원료 가스를 정제하는 다른 방법으로는, 특허문헌 2에 지르코늄 게터(zirconium getter)를 이용한 불순물의 제거 방법이 제안되어 있다.

그러나, 지르코늄 게터는 고가이며 재생이 불가하기 때문에 이 방법은 다량의 원료 가스의 정제에는 적합하지 않다.

또한, 특허문헌 3에는 원료 가스 중의 산소와 일산화탄소를 환원 금속에 의해 제거하고, 계속해서, 이산화탄소와 물을 제올라이트 등의 흡착제 등에 의해 제거하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법에서는 불순물 흡착 후의 환원 금속을 수소 가스로 재생할 수 있기 때문에 환원 금속의 재사용이 가능하다.

그러나, 원료 가스 중의 이산화탄소 분압이 ppb 레벨의 경우, 제올라이트의 이산화탄소 흡착량은 매우 적어진다. 그 때문에 다량의 불활성 가스를 정제하는 경우에는 다량의 제올라이트가 필요하게 되고, 장비가 대형화함과 동시에 비용 상승의 요인이 된다.

또한, 특허문헌 4에는 원료 가스 중의 이산화탄소를 산화 아연에 의해 제거한 후, 산소와 일산화탄소를 니켈 촉매 또는 구리 촉매에 의해 제거하고, 다시 물을 합성 제올라이트에 의해 제거하는 방법이 개시되어 있다.

이 정제 방법에서는, 일산화탄소와 산소를 니켈 촉매에 의해 제거할 때, 그 촉매 작용에 의해 미량의 이산화탄소가 발생한다. 따라서, 촉매 작용에서 발생하는 이산화탄소를 다시 흡착시키기 위한 합성 제올라이트를 다량으로 충전할 필요가 있다. 이 결과, 흡착탑이 커지게 되고, 불활성 가스 정제 설비의 비용이 상승한다.

또한, 특허문헌 5와 특허문헌 6에는, 원료 가스 중의 이산화탄소를 알루미나에 의해 제거하는 방법이 개시되어 있다. 어느 쪽의 방법도 알칼리금속, 토류금속을 알루미나에 함유시킴으로써 알루미나의 이산화탄소 흡착량을 증가시킬 수 있다.

그러나, 어느 쪽의 방법도 공기 중의 이산화탄소, 즉 400 ppm 정도의 고농도의 이산화탄소 제거를 대상으로 하고 있고, 저농도의 이산화탄소를 흡착 처리하는 내용은 없다. 또한 400 ppm 정도의 고농도 이산화탄소의 흡착 처리에서는 알루미나보다 제올라이트의 쪽이 이산화탄소를 많이 흡착한다. 따라서, 종래의 정제 장치에서는 제올라이트가 이산화탄소 흡착제로 주로 사용되어 왔다.

또한, 상기의 선행 발명의 방법에서는 모두 다량의 원료 가스를 정제하기 위해서는 그 정도 큰 흡착탑이 필요하다. 또한 흡착제가 고가이기 때문에 제조 비용이 높아진다. 이 때문에 다량의 불활성 가스를 효율적으로 정제하는 방법이 요구되고 있다.

[특허문헌 1] 특허 제2640513호 공보 [특허문헌 2] 특허 제2741622호 공보 [특허문헌 3] 특허 제2602670호 공보 [특허문헌 4] 특허 제3462604호 공보 [특허문헌 5] 특허공개 평11-518호 공보 [특허문헌 6] 특허공개 2001-104737호 공보

본 발명의 과제는, 질소 가스 또는 희소 가스로 이루어진 원료 가스 중의 탄화 수소류, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 산소 및 물을 제거하여 정제할 때, 정제 장치의 소형화가 가능하고, 고가인 촉매의 충전량을 절감할 수 있으며, 정제 비용을 줄일 수 있도록 하는 것이다.

이러한 과제를 해결하기 위한 제 1 발명은, 질소 가스 또는 희소 가스로 이루어진 원료 가스 중의 탄화수소류, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 산소 및 물을 제거하는 가스의 정제 방법에 있어서, 상기 원료 가스를 촉매에 접촉시켜서 상기 탄화 수소류, 수소 및 일산화탄소를 산화가스와 반응시키는 것에 의해 이산화탄소와 물을 생성하는 공정과, 상기 촉매에 접촉시킨 후의 상기 원료 가스를 수분 흡착제에 접촉시키는 것에 의해 물을 제거하는 공정과, 상기 물을 제거한 후의 상기 원료 가스를 니켈 촉매에 접촉시키는 것에 의해 반응 잔류물인 산소를 제거하는 공정과, 상기 산소를 제거한 후의 상기 원료 가스를 나트륨이 0.1 ~ 10wt % 함유된 알루미나에 접촉시키는 것에 의해 이산화탄소를 제거하는 공정과, 를 구비하는 것을 특징으로 하는 가스의 정제 방법이다.

제 2 발명은, 상기 촉매에 반응시키는 탄화 수소류, 수소 및 일산화탄소의 양에 대해서, 화학 양론적으로 산화할 수 있는 양(量) 이상의 산화성 가스가 상기 원료 가스 중에 포함되어 있지 않은 경우, 산화성 가스를 상기 탄화 수소류, 수소 및 일산화탄소를 화학 양론적으로 산화할 수 있는 이상의 양이 될 때까지 상기 원료 가스에 공급한 후에 상기 원료 가스를 상기 촉매에 접촉시키는 것을 특징으로 하는 제 1 발명의 가스 정제 방법이다.

제 3의 발명은, 상기 원료 가스 중의 이산화탄소의 분압이 19 ㎩ 이하인 것을 특징으로 하는 제 1 또는 제 2 발명의 가스 정제 방법이다.

제 4 발명은, 상기 니켈 촉매의 체적 환산 충전량을 Va(L)로 하고, 상기 알루미나의 체적 환산 충전량을 Vb(L)로 한 때, 이들의 충전량 비율(Va / Vb)이 Va / Vb < 1의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 제 1 내지 제 3의 발명 중 어느 하나인 가스의 정제 방법이다.

제 5 발명은, 상기 촉매가 활성 알루미나, 규조토, 활성탄 중 어느 하나 또는 둘 이상으로 이루어진 담체(Carrier)에 Pt, Pd, Ru, Ag, Cu, Mn 중 어느 하나 또는 둘 이상이 0 .01 ~ 5wt % 담지(擔持) 되어서 이루어지는 것을 특징으로 하는 제 1 내지 제 4의 발명 중 어느 하나인 가스의 정제 방법이다.

제 6 발명은, 상기 산화성 가스가 산소인 것을 특징으로 하는 제 1 내지 제 5의 발명 중 어느 하나인 가스의 정제 방법이다.

제 7 발명은, 상기 탄화 수소류가 메탄인 것을 특징으로 하는 제 1 내지 제 6의 발명 중 어느 하나인 가스의 정제 방법이다.

제 8 발명은, 질소 가스 또는 희소 가스로 이루어진 원료 가스 중의 탄화 수소류, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 산소 및 물을 제거하는 가스 정제 장치에 있어서, 촉매를 충전한 촉매탑과, 상기 촉매탑의 하류측에 설치되고, 상기 원료 가스의 유입측에서 유출측을 향하여 수분 흡착제, 니켈 촉매 및 나트륨 함유 알루미나를 이 순서에 의해 충전하여 이루어진 흡착탑과, 를 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 정제 장치이다.

본 발명의 가스 정제 방법에 의하면, 질소 가스 또는 희소 가스로 이루어진 원료 가스를 촉매와 접촉시키는 것에 의해, 미리 원료 가스 중의 탄화 수소류, 수소 및 일산화탄소를 산화 가스와 반응시켜서 이산화탄소와 물로 전환할 수 있다. 따라서, 촉매 접촉을 이용하지 않는 종래의 정제 방법과 다르게, 원료 가스 중의 탄화 수소류를 이산화탄소 및 물로서 제거할 수 있다.

또한, 촉매에 접촉시킨 후의 원료 가스를 수분 흡착제에 접촉시키는 것에 의해 원료 가스 중의 물을 제거할 수 있다. 따라서, 수분 흡착제의 하류측에 설치된 니켈 촉매의 물에 의한 기능 저하를 방지할 수 있다. 또한, 수소 및 일산화탄소를 산화성 가스와 반응시키기 때문에 반응 잔류물인 산소만을 니켈 촉매에 의해 제거할 수 있다. 따라서, 니켈 촉매의 충전량은 반응 잔류물의 산소만을 제거 가능한 양이면 좋고, 종래의 방법보다도 충전량을 감소시킬 수 있다.

또한, 종래의 제올라이트는 이산화탄소의 흡착량이 적기 때문에 Ni 촉매로 이산화탄소도 흡착시키고 있었지만, 나트륨 함유 알루미나는 이산화탄소의 흡착량이 많기 때문에 Ni 촉매는 산소만을 흡착하는데 필요한 양을 충전하기만 하면 되므로 충전량을 대폭적으로 삭감할 수 있다.

이 결과, 고가인 니켈 촉매의 충전량은 감소하고, 저렴한 나트륨 함유 활성 알루미나의 충전량이 증가한다. 따라서, 불활성 가스의 제조 비용을 절감함과 동시에 정제 장치의 소형화를 실현할 수 있다.

또한, 촉매에 반응시키는 탄화 수소류, 수소 및 일산화탄소의 양에 대해서, 화학 양론적으로 산화할 수 있는 양 이상의 산화성 가스가 원료 가스 중에 포함되어 있지 않은 경우에, 산화성 가스를 탄화 수소류, 수소 및 일산화탄소를 화학 양론적으로 산화할 수 있는 이상의 양이 될 때까지 상기 원료 가스에 공급하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 원료 가스 중의 탄화 수소류, 수소 및 일산화탄소를 모두 이산화탄소와 물로 전환할 수 있다. 그 때문에, 수소 및 일산화탄소를 제거하기 위한 니켈 촉매가 필요 없게 되고, 니켈 촉매의 충전량 증가를 억제할 수 있다.

또한, 산소를 제거한 후의 원료 가스 중의 이산화탄소 분압은 19 ㎩ 이하인 것이 바람직하다. 나트륨 함유 활성 알루미나는, 이산화탄소의 분압이 19 ㎩ 이하인 경우에 제올라이트 촉매보다도 효율적으로 이산화탄소를 제거할 수 있다. 따라서, 나트륨 함유 활성 알루미나의 충전량을 감소시킬 수 있고, 정제 장치의 소형화를 실현할 수 있다.

또한, 니켈 촉매의 체적 환산의 충전량을 Va(L)로 하고, 알루미나의 체적 환산 충전량을 Vb(L)로 할 때, 이 충전량 비율(Va / Vb)이 Va / Vb < 1의 관계를 충족하는 것이 바람직하다. 고가인 니켈 촉매보다도 저렴한 알루미나의 충전량을 많게 하는 것에 의해 불활성 가스의 제조 비용을 절감할 수 있다.

또한, 촉매는 활성 알루미나, 규조토, 활성탄 중 어느 하나 또는 둘 이상으로 이루어진 담체에 Pt, Pd, Ru, Ag, Cu, Mn 중 어느 하나 또는 둘 이상이 0.01 ~ 5wt % 담지 되는 것이 바람직하다. 이와 같은 촉매를 사용함에 따라 탄화 수소류를 효율적으로 산화성 가스와 반응시킬 수 있다.

또한, 산화성 가스는 산소인 것이 바람직하다. 산소는 저렴하여 취급하기 쉽고, 또한, 탄화 수소류, 수소 및 일산화탄소와의 반응성이 우수하기 때문에 원료 가스와의 반응을 알맞게 실시할 수 있다.

본 발명의 가스 정제 장치에 의하면, 촉매를 충전한 촉매탑을 구비함에 따라, 원료 가스 중의 탄화 수소류를 제거하는 것이 가능하게 된다. 또한, 촉매탑의 하류측에 원료 가스의 유입측에서 유출측을 향하여 수분 흡착제, 니켈 촉매 및 나트륨 함유 알루미나를 이 순서에 의하여 충전하여 이루어지는 흡착탑이 설치되어 있어서 물, 반응 잔류물인 산소, 이산화탄소를 순차적으로 제거할 수 있다. 따라서, 반응 잔류물인 산소만이 니켈 촉매에 의해 제거되고, 니켈 촉매의 충전량을 종래 방법보다도 감소시킬 수 있다.

또한, 나트륨 함유 활성 알루미나는 종래 사용되던 제올라이트 촉매보다도 효율적으로 이산화탄소를 제거할 수 있기 때문에 Ni 촉매로 이산화탄소를 제거할 필요가 없어 촉매의 양을 대폭적으로 감소할 수 있다.

따라서, 고가인 니켈 촉매의 충전량이 억제되고, 불활성 가스의 제조 비용 절감과 정제 장치의 소형화를 실현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 가스 정제 장치의 일례를 나타내는 개략 구성도이다.
도 2는 제올라이트와 본 발명의 알루미나의 낮은 분압에서 이산화탄소의 흡착량을 비교한 도이다.
도 3은 본 발명의 알루미나에 포함되는 나트륨 함유량과 이산화탄소의 흡착 량을 나타내는 도이다.

이하, 본 발명을 적용한 가스 정제 장치 1에 대해서, 이것을 사용한 가스의 정제 방법과 함께 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명의 일 실시형태로서 도 1에 나타낸 가스 정제 장치 1의 구성에 대해서 설명한다.

이 가스 정제 장치 1은, 질소 가스 또는 희소 가스로 이루어진 원료 가스 중의 탄화 수소류, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 산소 및 물을 제거하기 위한 장치이다.

또한, 가스 정제 장치 1은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 촉매가 충전된 촉매탑(2)과, 이 촉매탑(2)의 하류측에 설치된 흡착탑(3A) 및 (3B)를 구비하여 개략적으로 구성되어 있다 . 이하, 각 구성에 대해서 상세히 설명한다.

촉매탑(2)은, 원료 가스 중에 포함되어 있는 불순물인 탄화 수소류, 수소 및 일산화탄소를 촉매에 의해 물과 이산화탄소로 분해하여 제거하기 위한 유니트(unit)이다. 보다 구체적으로는, 촉매탑(2)의 상류측에는 원료 가스 공급원(G1)이 설치되어 있고, 이 원료 가스 공급원(G1)에서 경로(L1)에 설치된 열교환기(4)를 거쳐 원료 가스가 촉매탑(2) 내로 공급된다. 또한, 이 촉매탑(2) 내에는 촉매가 충전되어 있다. 또한, 촉매탑(2)의 외주에는, 촉매탑(2)을 가열하기 위한 히터(2a)가 설치되어 있다.

원료 가스는, 위에서 언급한 바와 같이 질소 가스 또는 희소 가스로 이루어지게 되고, 불순물로서 1ppm ~ 10ppm 농도의 탄화 수소류, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 산소 및 물을 포함하고 있다.

여기서 촉매탑(2)에서 처리 대상이 되는 탄화 수소류로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 메탄, 에탄 등의 알칸(alkane)이나 벤젠 등의 방향족 탄화수소를 들 수 있다. 특히 메탄은 대기 중의 함유량이 많기 때문에 처리 대상으로 되는 것이 많다.

촉매는, 원료 가스와 접촉하는 것에 의해 원료 가스 중의 탄화 수소류, 수소 및 일산화탄소와, 산화성 가스인 산소와를 반응시켜서 물과 이산화탄소로 분해하기 위한 것이다.

이러한 촉매로서는, 예를 들면, 활성 알루미나, 규조토, 활성탄 중 어느 하나 또는 둘 이상으로 이루어진 담체에 Pt, Pd, Ru, Ag, Cu, Mn 중 어느 하나 또는 둘 이상이 0. 01 ~ 5wt %, 바람직하게는 0.1 ~ 1.0wt % 담지 되는 것을 들 수 있다. 또한, 촉매는 여기에 나열된 것에 한정되지 않고, 같은 기능을 가진 것이라면 다른 것을 사용해도 상관없다. 이러한 촉매를 사용함에 따라, 원료 가스 중의 탄화 수소류를 효율적으로 산소와 반응시킬 수 있다.

촉매탑(2)의 상류측에는, 산화성 가스공급원(G2)이 설치되어 있다. 이 산화성 가스공급원(G2)은 경로(L2)에 설치된 밸브(V1)의 개폐에 의해 산화성 가스를 원료 가스에 공급할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 원료 가스 중의 탄화 수소류, 수소 및 일산화탄소의 양에 대해서, 화학 양론적으로 산화할 수 있는 양 이상의 산화성 가스가 원료 가스 중에 포함되지 않은 경우에, 산화성 가스공급원(G2)에서 산화성 가스가 공급되도록 구성되어 있다. 따라서, 원료 가스 중의 산화성 가스의 양이 부족하여도 원료 가스 중의 탄화 수소류, 수소 및 일산화탄소를 화학 양론적으로 산화할 수 있는 이상의 양이 될 때까지 산화성 가스를 원료 가스에 공급할 수 있다.

산화성 가스는, 원료 가스 중의 탄화 수소류를 완전 연소시키는 것이 가능한 가스라면 특별히 한정되는 것은 아니다. 이러한 가스로서는, 예를 들면, 산소, 오존 등의 산소의 동소체(同素體)를 들 수 있다. 이들 중에서도, 특히 산소가 취급 면에서 바람직하다.

흡착탑(3A) 및 (3B)는, 촉매탑(2)에서 도출된 원료 가스 중에 포함되어 있는 물, 반응 잔류물인 산소 및 이산화탄소를 제거하기 위한 유니트이다. 또한 흡착탑(3A)과 흡착탑(3B)는 동일한 구성으로 이루어져 있다.

보다 구체적으로는, 흡착탑(3A) 내와 흡착탑(3B) 내에는 원료 가스의 유입측(저부)에서 유출측(상부)을 향하여, 수분 흡착제층(6), 니켈촉매층(7), 알루미나층(8)이 이 순서로 적층 충전되어 있다. 또한, 흡착탑(3A) 및 (3B)는 밸브(V2 ~ V9)의 개폐에 의해, 원료 가스 및 재생 가스공급원(G4)에서 공급되는 수소 가스의 흐름을 절환 가능하게 구성되어 있다. 또한 흡착탑(3A) 및 (3B)의 외주에는 흡착탑(3A) 및 (3B)를 가열하기 위한 히터(3c, 3d)가 각각 설치되어 있다.

수분 흡착제층(6)은, 원료 가스와 접촉함에 따라 원료 가스 중의 물을 흡착하기 위한 수분 흡착제이다. 수분 흡착제로서는, 예를 들면 활성 알루미나, 실리카겔, 합성 제올라이트 중 어느 하나 또는 둘 이상을 사용할 수 있다. 또한, 수분 흡착제는 여기에 열거한 것에 한정되지 않고, 원료 가스 중의 물을 흡착하는 기능을 가진 것이라면 다른 것을 사용해도 상관없다.

니켈 촉매층(7)은, 원료 가스와 접촉함에 따라 원료 가스 중의 반응 잔류물인 산소를 제거하기 위해 설치되어 있다. 구체적으로는, 니켈 촉매층(7)에는 수소에 의한 환원 처리를 시행하여 재사용할 수 있는 니켈 촉매가 충전되어 있다. 이러한 니켈 촉매로서는, 예를 들면 활성 알루미나, 규조토, 활성탄 등의 담체에 니켈 금속을 10 ~ 90wt % 담지 되는 촉매를 사용한다. 니켈 금속을 50 ~ 70wt % 담지 되는 촉매를 사용하는 것이 더 바람직하다.

알루미나층(8)은 원료 가스와 접촉함에 따라 원료 가스 중의 이산화탄소를 제거하기 위해 설치되어 있다. 구체적으로는 알루미나층(8)에는, 나트륨을 0.1 ~ 10wt % 포함한

- 알루미나가 충전되어 있다. 알루미나층(8)에는 나트륨을 5 ~ 7wt % 포함한

- 알루미나가 충전되는 것이 더욱 바람직하다. 이와 같이, 나트륨 함유 활성 알루미나가 알루미나층(8)에 충전되어 있는 것에 의해, Ni 촉매는 산소만을 흡착하는데 필요한 양을 충전하기만 하면 되어 충전 양을 대폭 삭감할 수 있다 .

또한, 니켈 촉매의 체적 환산의 충전량을 Va(L)라 하고, 알루미나의 체적 환산의 충전량을 Vb(L)라 할 때, 이들의 충전량 비율(Va/Vb)의 값이 0.1 ~ 1.0이다. 또한, 0.7 ~ 0.9인 것이 더 바람직하다. 니켈 촉매보다도 알루미나 쪽이 저렴하기 때문에 알루미나의 충전량을 니켈 촉매보다 많게 하는 것으로, 가스 정제 장치 1의 제조 비용을 절감할 수 있다.

또한, 흡착탑(3A) 및 (3B)에는 촉매탑(2)에서 도출되어 열교환기(4) 및 냉각기(5)를 거쳐 원료 가스가 공급된다. 그때, 원료 가스는 흡착탑(3A) 또는 (3B) 중 어느 한쪽에 공급되도록 구성되어있다. 또한 흡착탑(3A) 및 (3B)의 상부측에는 재생 가스공급원(G4)에서 경로(L7), 밸브(V10) 및 경로(L8)을 거쳐 수소 가스가 흡착탑(3A) 또는 (3B) 중 어느 다른쪽에 공급되도록 구성되어 있다.

또한, 흡착탑(3A) 및 (3B)의 상부측의 경로(L5)에는, 불활성 가스 배출부(G3)가 설치되어 있으며, 흡착탑(3A) 또는 (3B)에 의해서 정제된 불활성 가스가 배출된다. 또한, 경로(L5)에서 경로(L8)과 밸브(V11)을 지난 불활성 가스가 흡착탑(3A) 또는 (3B)에 공급되도록 구성되어 있다. 또한, 흡착탑(3A) 및 (3B)의 저부측의 경로(L6)에는, 배기가스 배출부(G5)가 설치되어 있어서 배기가스가 배출된다.

또한, 도 1에서는, 흡착탑(3A) 내의 저부에서 상부를 향해서 수분 흡착제층(6), 니켈 촉매층(7), 알루미나층(8)이 적층 충전되어 있지만, 원료 가스의 유입측에서 유출측을 향해 순서가 동일하게 되도록 배치를 반대로 바꾸어도 상관없다. 즉, 흡착탑(3A) 내의 위치를 반대로 하는 것에 의해, 흡착탑(3A)의 상부에서 저부에 걸쳐서 원료 가스를 흘리는 것이 가능한 하향 흐름(down-flow) 구조로 해도 상관없다.

본 실시 형태의 가스 정제 장치 1에 의하면, 촉매를 충전한 촉매탑(2)을 구비하는 것에 의해 원료 가스 중의 탄화 수소류를 제거하는 것이 가능하게 된다. 또한, 촉매탑(2)의 하류측에, 원료 가스의 유입측에서 유출측을 향해서 수분 흡착제, 니켈 촉매 및 나트륨 함유 알루미나를 이 순서에 따라 충전하여 이루어지는 흡착탑(3A), (3B)이 설치되어 있는 것에 의하여 물, 반응 잔류물의 산소, 이산화탄소를 순차적으로 제거할 수 있다. 따라서 반응 잔류물인 산소만이 니켈 촉매에 의해 제거되어 니켈 촉매의 충진량을 종래의 방법보다도 감소시킬 수 있다. 또한, 나트륨 함유 활성 알루미나는 종래 이산화탄소 제거용 촉매로 사용되고 있던 제올라이트 촉매보다도 효율적으로 이산화탄소를 제거할 수 있기 때문에 이산화탄소 제거에 필요한 촉매(니켈 촉매)의 양을 대폭 줄일 수 있다.

따라서, 고가인 니켈 촉매의 충전량이 억제되고, 불활성 가스의 제조 비용 절감과 가스 정제 장치 1의 소형화(compact화)를 실현할 수 있다.

이어서, 본 실시 형태의 가스 정제 방법에 대하여 도면을 이용하여 설명한다. 본 실시 형태의 가스 정제 방법(흡착 공정)은, 원료 가스를 촉매에 접촉시켜서 탄화 수소류, 수소 및 일산화탄소를 산화성 가스와 반응시키는 것에 의해 이산화탄소와 물을 생성하는 공정과, 촉매에 접촉시킨 후의 원료 가스를 수분 흡착제에 접촉시키는 것에 의해 물을 제거하는 공정과, 물을 제거한 후의 원료 가스를 니켈 촉매에 접촉시키는 것에 의해 반응 잔류물인 산소를 제거하는 공정과, 산소를 제거한 후의 원료 가스를 나트륨이 0.1 ~ 10wt % 함유된 알루미나에 접촉시키는 것에 의해 이산화탄소를 제거하는 공정과, 로 대략 구성되어 있다.

먼저, 도 1에 나타낸 바와 같이, 원료 가스 공급원(G1)에서 원료 가스를 경로(L1)에 도입한다. 이때, 원료 가스로서는, 예를 들면 극냉식 공기분리장치에 의해 제조한 것이나, Cold Evaporator Tank(초저온 액화가스 저장조)에 저장한 것을 사용할 수 있다.

여기서, 원료 가스 중의 탄화 수소류, 수소 및 일산화탄소의 양에 대해서, 화학 양론적으로 산화할 수 있는 양 이상의 산화성 가스가 원료 가스 중에 포함되지 않은 경우에는 산화성 가스를 경로(L2)에 도입하는 것이 바람직하다. 또한, 산화성 가스는 원료 가스 중의 탄화 수소류, 수소 및 일산화탄소를 화학 양론적으로 산화할 수 있는 이상의 양이 될 때까지 공급하는 것이 바람직하다. 또한 산화성 가스로서는 산소를 이용하는 것이 바람직하다.

이에 따라, 산화성 가스는 경로(L1) 내에서 원료 가스와 혼합되어 열교환기(4)를 거쳐 히터(2a)에서 가열된 촉매탑(2)으로 유입된다. 이때, 원료 가스 및 산화성 가스의 온도가 충분하지 않은 경우는 열교환기(4)에 의해 적절히 가열할 수 있다.

이 후, 원료 가스는 촉매탑(2) 내의 촉매에 접촉하여 원료 가스 중의 탄화 수소류, 수소 및 일산화탄소가 산화성 가스와 반응한다. 이때, 과잉(過剩) 산소는 반응하지 않고 반응 잔류물인 산소로서 원료 가스 중에 잔류한다. 또한, 이 반응에 의해 이산화탄소와 물이 생성된다. 이에 따라, 이 단계에서 원료 가스 중의 불순물은 이산화탄소, 물 및 반응 잔류물인 산소만으로 된다.

이 후, 원료 가스는 경로(L3)에 설치된 열교환기(4) 및 냉각기(5), 경로(L4), 밸브(V2)를 거쳐 흡착탑(3A)으로 도입된다. 이때, 원료 가스의 온도가 너무 높은 경우에는 열교환기(4) 및 냉각기(5)에 의해 적절히 온도를 조정하면 좋다. 이때, 원료 가스를 흡착탑(3A)와 흡착탑(3B) 중 어느 쪽으로 도입시켜도 상관없지만, 여기서는 흡착탑(3A)에 원료 가스를 도입시킨 경우에 대해서 설명한다.

흡착탑(3A)으로 도입된 원료 가스는, 먼저 수분 흡착제층(6)으로 유입된다. 여기서 원료 가스는 수분 흡착제에 접촉하여 수분이 흡착, 제거된다.

계속해서, 수분 흡착제층(6)에서 유출된 원료 가스는, 니켈 촉매층(7)으로 유입된다. 여기서 원료 가스는 니켈 촉매에 접촉하여 반응 잔류물인 산소가 흡착, 제거된다.

이어서, 니켈 촉매층(7)에서 유출된 원료 가스는 알루미나층(8)로 유입된다. 여기서, 원료 가스는 나트륨 함유 활성 알루미나에 접촉하여 이산화탄소가 흡착, 제거된다. 이때, 나트륨 함유 활성 알루미나에 접촉하기 전 단계에서 원료 가스 중의 이산화탄소의 분압은 0.0001 ~ 19 ㎩인 것이 바람직하고, 0.001 ~ 1.0 ㎩인 것이 더 바람직하다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 나트륨 함유 활성 알루미나는 원료 가스 중의 이산화탄소의 분압이 19 ㎩ 이하인 경우에 제올라이트 촉매보다도 효율적으로 이산화탄소를 제거할 수 있다. 그를 위해, 원료 가스 중의 이산화탄소의 분압을 미리 19 ㎩ 이하로 해 두는 것에 의해 이산화탄소를 효과적으로 흡착, 제거할 수 있다. 한편, 도 2는 제올라이트와 알루미나의 이산화탄소 흡착량을 비교한 그래프이다. 또한, 도 2에서 이산화탄소 흡착량의 측정은, 정용량식(定容量式) 가스 흡착량 측정장치를 사용하여 온도를 25 ℃로 일정하게 함과 동시에 압력을 임의로 설정해 실시한 것이다.

이와 같이, 원료 가스 중의 이산화탄소를 효율적으로 제거할 수 있으므로, Ni 촉매는 산소만을 흡착하는 양을 충전하면 좋고, Ni 촉매의 충전량을 감소할 수 있다.

이 후, 원료 가스는 밸브(V8), 경로(L5)를 거쳐 불활성 가스 배출부(G3)에서 정제가스(불활성 가스)로서 도출된다. 이때, 불활성 가스의 불순물(탄화 수소, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 산소 및 물)의 농도는 0.1ppb 레벨 이하로 되어 있다.

계속해서, 흡착탑(3A)에서의 재생 공정에 대하여 설명한다.

먼저, 흡착탑(3A)에서 흡착 공정을 실시한 후, 밸브(V2 ~ V9)를 개폐 조작하여 원료 가스 및 수소 가스의 흐름을 절환 한다. 이에 따라, 흡착탑(3A)은 재생 공정에 들어가며, 흡착탑(3B)은 흡착 공정에 들어간다.

이어서, 재생 가스공급원(G4)에서 수소 가스를 경로(L7)로 도입한다. 이에 따라, 수소 가스는 경로(L8) 중에서 정제 후의 불활성 가스의 일부와 혼합되어 수소 농도 1 ~ 5vol %의 혼합 가스로 된다. 계속해서, 상기 혼합 가스를 흡착탑(3A)의 상부측으로 도입한다. 이에 따라 혼합 가스는 알루미나층(8), 니켈 촉매층(7), 수분 흡착제층(6)을 순차적으로 통과한다.

이때, 흡착탑(3A)은 히터(3c)에 의해 가열되어 있다. 따라서, 알루미나층(8)에 흡착되어 있는 이산화탄소, 니켈 촉매층(7)에 흡착되어 있는 산소, 수분 흡착제층(6)에 흡착되어 있는 수분 등의 불순물이 히터(3c)에 의한 가열과 혼합 가스의 작용에 의해 순차적으로 탈착(脫着)한다. 따라서, 혼합 가스에 상기 불순물이 혼합하여 경로(L6)를 거쳐 배기 가스 배출부(G5)에서 배기 가스로서 배출된다.

이렇게 해서 재생을 마친 흡착탑(3A)은 다음 흡착 공정을 기다리게 된다.

또한, 흡착탑(3A)에서 재생 공정 동안 흡착탑(3B)으로 도입된 원료 가스는 전술한 공정과 같은 형태로 불순물이 흡착되어 불활성 가스로서 불활성 가스 배출부(G3)에서 배출된다. 이 상세한 내용은 앞에서 설명한 흡착탑(3A)에서의 흡착 공정과 동일한 형태이므로 설명을 생략한다.

본 실시 형태의 가스 정제 방법에 의하면, 원료 가스를 촉매와 접촉시키는 것에 의해, 미리 원료 가스 중의 탄화 수소류, 수소 및 일산화탄소를 산화 가스와 반응시켜서 이산화탄소와 물로 전환할 수 있다. 따라서, 촉매 접촉을 이용하지 않는 종래의 정제 방법과 다르게, 원료 가스 중의 탄화 수소류를 이산화탄소 및 물로서 제거할 수 있다.

또한, 촉매에 접촉시킨 후의 원료 가스를 수분 흡착제에 접촉시키는 것에 의해 원료 가스 중의 물을 제거할 수 있다. 따라서, 수분 흡착제의 하류측에 설치된 니켈 촉매의 물에 의한 기능 저하를 방지할 수 있다. 또한, 수소 및 일산화탄소를 산화성 가스와 반응시키기 위해, 반응 잔류물인 산소만을 니켈 촉매에 의해 제거할 수 있다. 따라서, 니켈 촉매의 충전량은 반응 잔류물인 산소만을 제거 가능한 양이면 좋고, 종래의 가스 정제 방법보다도 충전량을 감소시킬 수 있다.

또한, 촉매에 반응시키는 탄화 수소류, 수소 및 일산화탄소의 양에 대해, 화학 양론적으로 산화할 수 있는 양 이상의 산화성 가스가 원료 가스 중에 포함되어 있지 않은 경우에, 산화성 가스를 탄화 수소류, 수소 및 일산화탄소를 화학 양론적으로 산화할 수 있는 이상의 양이 될 때까지 원료 가스에 공급하는 것에 의해 원료 가스 중의 탄화 수소류, 수소 및 일산화탄소를 모두 이산화탄소와 물로 전환할 수 있다. 그에 따라, 수소 및 일산화탄소를 제거하기 위한 니켈 촉매가 불필요하게 된다.

따라서, 고가인 니켈 촉매의 충전량을 감소시킬 수 있고, 불활성 가스의 제조 비용을 절감할 수 있다.

또한, 원료 가스 중의 이산화탄소의 분압을 19 ㎩ 이하로 하는 것에 의해, 이산화탄소를 나트륨 함유 활성 알루미나에 의해 효율적으로 제거할 수 있다. 따라서, Ni 촉매의 충전량을 감소시킬 수 있다.

이상에 의해, 흡착탑(3A)(3B) 내의 촉매 (니켈 촉매, 나트륨 함유 활성 알루미나)의 함유량을 감소할 수 있다. 이에 따라, 가스 정제 장치 1의 소형화를 실현할 수 있다.

[ 실시예 ]

이하에, 본 발명의 가스의 정제 방법을 실시예에 의해 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명은 이들의 실시예에만 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

먼저, 내경 100㎜의 스테인리스 스틸 원통 내에 알루미나 탄지(坦持)의 Pd 촉매를 400㎜ 충전하여 촉매탑(2)으로 했다. 또한, 내경 100㎜의 스테인리스 스틸 원통 내에 두께 100㎜의 제올라이트층으로 이루어진 수분 흡착제층(6)(MS 5A), 두께 50㎜의 니켈 촉매층(7)(N112), 두께 250㎜의 나트륨을 중량비로 5.8 % 포함하는 알루미나층(8)을 원료 가스 유입측에서 유출측에 걸쳐 차례로 형성하고 흡착탑(3A)으로 했다.

먼저, 흡착탑(3A)의 각층을 아래의 조건으로 재생했다.

처음에, 수소 농도 2 vol % 포함한 질소를 흡착탑(3A)에 경로(L7) 및 경로(L8)를 거쳐 유량 2N㎥/ 시간으로 3 시간 도입함과 동시에, 히터(3c)에 의해 200 ℃로 가열하였다. 이어서, 질소를 흡착탑(3A)에 유량 2N㎥/ 시간으로 흘린 후에 흡착탑(3A)을 냉각했다.

계속해서, 흡착 공정을 실시하였다.

먼저, 1ppm - 메탄, 1ppm - 수소, 1ppm - 일산화탄소, 0.5ppm - 이산화탄소, 4ppm - 산소, 2.6ppm - 수분을 포함한 질소를 원료 가스로 하여 압력 100 ㎩ G, 온도 400 ℃, 유량 15N㎥/ 시간의 조건으로 촉매탑(2)에 도입했다. 그 후, 열교환기(4) 및 냉각기(5)에 의해 원료 가스의 온도를 25 ℃까지 냉각하여 흡착탑(3A)에 도입했다.

흡착탑(3A)으로의 원료 가스 도입 개시 후, 50시간 경과 한 시점에서 산소가 제 1 파과(破過)성분으로서 검출되었다.

(실시예 2)

내경 100㎜의 스테인리스 스틸 원통 내에 알루미나 탄지(坦持)의 Pt 촉매를 400㎜ 충전하여 촉매탑(2)으로 했다. 또한, 내경 100㎜의 스테인리스 스틸 원통 내에 위쪽으로부터 두께 100㎜의 제올라이트층으로 이루어진 수분 흡착제층(6)((MS 5A), 두께 50㎜의 니켈 촉매층(7)(N112), 두께 250㎜의 나트륨을 중량비로서 5.8 % 포함한 알루미나층(8)을 원료 가스 유입측에서 유출측에 걸쳐서 차례로 형성하여 흡착탑(3A)으로 했다.

이어서, 흡착탑(3A)을 실시예 1과 같은 형태의 조건으로 재생한 후, 실시예 1과 같은 형태의 조건에서 흡착 공정을 실시하였다.

촉매탑(2) 및 흡착탑(3A)에서의 원료 가스 도입 개시 후, 49시간 경과 한 시점에서 산소가 제 1 파과(破過) 성분으로서 검출되었다.

(비교 예 1)

내경 100㎜의 스테인리스 스틸 원통 내에 위쪽으로부터 두께 100㎜의 제올라이트층으로 이루어진 수분 흡착제층(6)(MS 5A), 두께 200㎜의 니켈 촉매층(7)(N112), 두께 250㎜의 나트륨을 중량비로 5.8 % 포함한 알루미나층(8)을 원료 가스 유입측에서 유출측에 걸쳐서 차례로 형성하여 흡착탑(3A)으로 했다. 계속해서, 재생 공정을 아래의 조건으로 실시하였다.

처음에, 수소 농도 2 vol %의 질소를 200 ℃로 가열하고, 흡착탑(3A)에 경로(L7) 및 경로(L8)를 거쳐 유량 2N㎥/ 시간에서 3시간 흘렸다. 이어서, 질소를 200 ℃로 가열하고, 흡착탑(3A)에 유량 2N㎥/ 시간에서 3시간 흘렸다.

이 후, 1ppm - 메탄, 1ppm - 수소, 1ppm - 일산화탄소, 0.5ppm - 이산화탄소, 4ppm - 산소, 2.6ppm - 수분을 포함한 질소를 원료 가스로 하여 압력 100 ㎩ G, 온도 25 ℃, 유속(空塔 속도) 26.5㎝ / 초, 유량 15N㎥/ 시간의 조건으로 흡착탑(3A)에 도입했다.

도입 개시 직후부터 메탄이 1ppm 검출되고, 또한, 47시간 경과 한 시점에서 수소가 제 1 파과(破過) 성분으로서 검출되었다.

(비교 예 2)

내경 100㎜의 스테인리스 스틸 원통 내에 알루미나 탄지의 Pd 촉매를 400㎜ 충전하여 촉매탑(2)으로 했다. 또한, 내경 100㎜의 스테인리스 스틸 원통 내에 두께 50㎜의 니켈 촉매층(6)(N112), 두께 100㎜의 제올라이트층으로 이루어진 수분 흡착제층(7)(MS5A), 두께 250㎜의 나트륨을 중량비로 5.8 % 포함한 알루미나층(8)을 원료 가스 유입측에서 유출측에 걸쳐서 차례로 형성하여 흡착탑(3A)으로 했다.

이어서, 흡착탑(3A)을 실시예 1과 같은 형태의 조건으로 재생한 후, 실시예 1과 같은 형태의 조성의 원료 가스를 같은 조건에서 촉매탑(2)과 흡착탑(3A)에 도입했다. 촉매탑(2) 및 흡착탑(3A)으로의 원료 가스 도입 개시 후, 40시간 경과 한 시점에서 산소가 제 1 파과(破過) 성분으로 검출되었다.

(비교 예 3)

내경 100㎜의 스테인리스 스틸 원통 내에 알루미나 탄지의 Pd 촉매를 400㎜ 충전하여 촉매탑(2)으로 했다. 또한, 내경 100㎜의 스테인리스 스틸 원통 내에 위쪽으로부터 두께 100㎜의 제올라이트층으로 이루어진 수분 흡착제층(6)(MS 5A), 두께 50㎜의 니켈 촉매층(7)(N112), 두께 250㎜의 알루미나층(8)을 원료 가스 유입측에서 유출측에 걸쳐 차례로 형성하여 흡착탑(3A)으로 했다.

계속해서, 흡착탑(3A)을 실시예 1과 같은 조건으로 재생한 후, 실시예 1과 같은 조성의 원료 가스를 동일 조건에서 촉매탑(2)와 흡착탑(3A)에 도입했다. 촉매탑(2) 및 흡착탑(3A)으로의 원료 가스 도입 개시 후, 27시간 경과 한 시점에서 이산화탄소가 제 1 파과(破過) 성분으로서 검출되었다.

각 실시예, 비교 예의 촉매?흡착제의 충전량과, 실험에 의한 파과 성분과 파과시간을 표 1에 정리했다.

실시예 1과 비교 예 1에서, 촉매탑(2)의 촉매에 의해 탄화 수소류(메탄), 수소, 일산화탄소와 산소를 반응시키는 것으로 메탄이 제거됨을 알 수 있다. 또한 촉매탑(2)에 미리 원료 가스를 반응시키는 것에 의해, 니켈 촉매로의 부하는 산소만으로 되기 때문에 니켈 촉매의 충전량을 대폭 줄일 수 있다.(비교 예 1에서는 니켈 촉매에 수소, 일산화탄소, 산소의 부하가 걸리기 때문에 니켈 촉매의 충전량을 4배로 하여도 수소의 파과(破過)가 47시간에서 시작되었다.)

또한, 실시예 1과 비교 예 2에서, 수분 흡착제층(6)을 니켈 촉매층(7)의 상류측에 형성하는 것으로, 니켈 촉매층(7)에서의 산소 흡착량이 증가하는 것을 알 수 있다.

또한, 실시예 1과 비교 예 3에서, 나트륨을 포함한 알루미나를 사용하면, 알루미나의 충전량을 대폭 줄여도, 불활성 가스 중에서 이산화탄소가 검출되지 않는다는 것을 알 수 있다.

(실시예 3)

이산화탄소 분압 1 ㎩의 조건하에서, 나트륨 함유량을 변화시켜 알루미나의 이산화탄소 흡착량을 측정했다. 이 결과, 나트륨 함유량 0.1wt %, 1.6wt %, 5.8wt %, 9.8wt %의 알루미나의 이산화탄소 흡착량이 각각 38, 50, 60, 65 mmol/kg이었던 것에 대해, 나트륨 함유량이 0.1wt % 이하인 알루미나의 이산화탄소 흡착량은 각각 28 mmol/kg 이었다. 이 결과를 도 3에 횡축을 나트륨 함유량, 종축을 이산화탄소 흡착량으로 한 그래프를 나타낸다. 또한, 도 3에 나타난 이산화탄소 흡착량의 측정은 정용량식 가스 흡착량 측정장치(13.2 ㎩ 실물크기의 Baratron 정전 용량식 압력계(mks사 제품)를 사용)를 사용하여, 온도 25 ℃, 압력 1 ㎩로 설정하여 실시했다.

도 3의 그래프에 의해, 나트륨을 함유하는 알루미나의 이산화탄소 흡착 능력이 나트륨을 함유하지 않는 알루미나보다 높은 것이 판명되었다.

본 발명에 의하면, 질소 가스 또는 불활성 가스로 이루어진 원료 가스 중의 탄화 수소류, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 산소 및 물을 제거하여 정제할 때에, 정제 장치의 소형화가 가능하고, 고가인 촉매의 충전량을 절감할 수 있고, 정제 비용을 삭감할 수 있다.

1 : 가스 정제 장치
2 : 촉매 탑
3A, 3B : 흡착탑
6 : 수분 흡착제층
7 : 니켈 촉매층
8 : 알루미나층
G1 : 원료 가스 공급원
G2 : 산화성 가스 공급원
G3 : 불활성 가스 배출부

Claims

질소 가스 또는 희소 가스로 이루어진 원료 가스 중의 탄화 수소류, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 산소 및 물을 제거하는 가스의 정제 방법에 있어서,
상기 원료 가스를 촉매에 접촉시켜서 상기 탄화 수소류, 수소 및 일산화탄소를 산화성 가스와 반응시키는 것에 의해 이산화탄소와 물을 생성하는 공정과,
상기 촉매에 접촉시킨 후의 상기 원료 가스를 수분 흡착제에 접촉시키는 것에 의해 물을 제거하는 공정과,
상기 물을 제거한 후의 상기 원료 가스를 니켈 촉매에 접촉시키는 것에 의해 반응 잔류물인 산소를 제거하는 공정과,
상기 산소를 제거한 후의 상기 원료 가스를 나트륨이 0.1 ~ 10wt % 함유된 알루미나에 접촉시키는 것에 의해 이산화탄소를 제거하는 공정과, 를 구비하여서 되는 것을 특징으로 하는 가스의 정제 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 촉매에 반응시키는 탄화 수소류, 수소 및 일산화탄소의 양에 대해서, 화학 양론적으로 산화할 수 있는 양 이상의 산화성 가스가 상기 원료 가스 중에 포함되어 있지 않은 경우,
산화성 가스를 상기 탄화 수소류, 수소 및 일산화탄소를 화학 양론적으로 산화할 수 있는 이상의 양이 될 때까지 상기 원료 가스에 공급한 후에 상기 원료 가스를 상기 촉매에 접촉시키는 것을 특징으로 하는 가스의 정제 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 산소를 제거한 후의 상기 원료 가스 중의 이산화탄소의 분압이 19 ㎩ 이하인 것을 특징으로 하는 가스의 정제 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 니켈 촉매의 체적 환산의 충전량을 Va(L)라 하고, 상기 알루미나의 체적 환산의 충전량을 Vb(L)라 한 때에, 이들의 충전량 비율(Va / Vb)이 Va / Vb < 1의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 가스의 정제 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 촉매가 활성 알루미나, 규조토, 활성탄 중 어느 하나 또는 둘 이상으로 이루어진 담체에 Pt, Pd, Ru, Ag, Cu, Mn 중 어느 하나 또는 둘 이상이 0.01 ~ 5wt % 담지 되어서 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스의 정제 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 산화 가스가 산소인 것을 특징으로 하는 가스의 정제 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 탄화 수소류가 메탄인 것을 특징으로 하는 가스의 정제 방법.
질소 가스 또는 희소 가스로 이루어진 원료 가스 중의 탄화 수소류, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 산소 및 물을 제거하는 가스 정제 장치에 있어서,
촉매를 충전한 촉매탑과,
상기 촉매탑의 하류측에 설치되어 상기 원료 가스의 유입측에서 유출측을 향하여 수분 흡착제, 니켈 촉매 및 나트륨 함유 알루미나를 이 순서에 따라 충전하여 이루어지는 흡착탑과, 를 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 정제 장치.