SE463149B - Superreningsanordning foer rening av kvaevgas samt saett att superrena kvaevgas - Google Patents

Description

465 149 10 15 20 25 30 35 2 _oxidera kolmonoxid, kolväten, väte och liknande till koldioxid och vatten och sedan avlägsna föroreningarna genom adsorption med användning av en zeolit-molekylsikt, aktivt träkol eller liknande för gasrening. Om man skall erhålla högrent kväve på enkelt sätt är dessa gasrenare lämpliga och används därför i stor omfattning.

Föroreningarna i den gas som renas med denna exi- sterande utrustning är enligt tillverkarnas broschyrer allmänt såsom följer: Fukt (daggmmkt -80°C) Beståndsdel Syre Kolväte Koldioxid ppm <0,l <0,l För detta ändamål har användning av väte-ockluderande legeringar, nämligen Ti-Mn, Ti-Fe, och lantanoid-Ni-lege- ringar, föreslagits i den publicerade japanska patent- ansökan 156308/1982. De har emellertid misslyckats med att rena kväve över ovannämnda nivå.

PROBLEM SOM UPPFINNINGEN AVSER ATT LÖSA De kommersiellt tillgängliga gasreningsanordningarna är, såsom nämnts ovan, enkla, bekväma och effektiva för erhållande av högren kvävgas. De framsteg som gjorts på senare tid inom halvledarindustrin indikerar emellertid att det kommer att krävas mera exakt mikrodatorbehandling och följaktligen kvävgas av ändå högre renhet för framtida produktion av högintegrerade kretsar. Det är faktiskt så att det redan finns en stark efterfrågan på högren gas för provningsändamål. Det tekniska problem som förelig- gande uppfinning avser att lösa är sänkning av de nu- varande föroreningshalterna enligt tidigare känd teknik till mycket lägre nivåer, med en tiopotens i miljondelar.

MEDEL FÖR ATT LÖSA PROBLEMET Vi har intensivt studerat medel för rening av kvävgas för att sänka dess föroreningskoncentrationer med en tio- potens i ppm vardera från de ovan angivna vanliga nivåerna. 10 15 20 25 30 35 3 465 149 Som ett resultat härav har en anordning och ett sätt fram- bringats, vilka har förmåga att rena den konventionellt re- nade gasen med hög renhet till en ändå högre renhet. Före- liggande uppfinning har nu genomförts på denna grundval.

Anordningen enligt uppfinningen är en superrenings- anordning för rening av kvävgas, som innehåller förore- ningar, vilken anordning inbegriper ett ytterhölje, som är försett med ett inlopp för kvävgas som skall renas, ett utlopp för renad kvävgas, och en gasflödespassage, som förbinder gasinloppet och -utloppet, minst en getter- kammare, vilken innehåller en getterlegering, som består av 15-30 vikt% järn och 85-70 anordnad i gasflödespassagen, vikt% zirkonium och som är vilken getterkammare inbe- griper minst en patron, som innefattar en perforerad me- tallbehållare packad med gettern och som är borttagbart installerad i ytterhöljet så att den lätt kan ersättas med en ny, varvid det material hos anordningen med vilket kvävgasen kommer i kontakt, är sådant att den innerväggs- yta som kommer i kontakt med gasen har polerats till en ytojämnhet (Ra) av 0,5 pm eller mindre uttryckt som medel- ytavvikelsen, som ges av medelamplituden över hela mät- sektionen, samt organ för att hålla gettern vid en tempe- ratur av 20-500°C.

Sättet enligt uppfinningen är ett sätt att superrena kväve, kännetecknat därav, att renat kväve leds genom en getterbädd, som inbegriper en getter av en legering av 15-30 vikt% järn och 85-70 vikt% zirkonium vid en tempera- tur av 20-500°C, varvid gettern är inrymd i en eller flera patroner hos en superreningsanordning enligt ovan.

Som getter för användning vid uppfinningen, vilken getter är en legering bestående av 15-30 vikt% järn och 85-70 vikt% zirkonium, kan man utnyttja den som beskrivs i US patentskriften 4 306 887.

Med hänsyn till egenskaperna hos gettern av järn- -zirkoniumlegering, som inte adsorberar kväve utan adsor- berar andra föroreningar selektivt, består en särskilt lämplig getter av en legering av 22-25 vikt% järn och 75-78 vikt% zirkonium. 463 149 10 15 20 25 30 35 4 Gettern av en sådan järn-zirkoniumlegering är i huvudsak icke-adsorberande med avseende på kväve, men adsorberar och avlägsnar praktiskt taget fullständigt föroreningar, såsom koldioxid, fukt och väte vid en temperatur av 20-500°C.

Det är lämpligt att järn-zirkoniumkompositionen varierar från 15 till 30 vikt% järn och från 85 till 70 vikt% zirkonium. Vid högre zirkoniumhalt börjar lege- ringen sorbera påtagliga mängder kväve, vilken gas skall renas och inte sorberas, medan vid lägre halt zirkonium effektiviteten för borttagning (sorption) av aktiva gaser från kvävet reduceras väsentligt.

Det är önskvärt att getterlegeringen används i form av en intermetallisk förening, som lätt pulveriseras och kan hanteras enkelt. Vidare gör den ökade ytarean det pulverformiga materialet mera aktivt.

Sättet för framställning av en sådan legering kan allmänt ansluta sig till det förfarande som beskrivs i US patentskriften 4 312 669, som visar tillverkning av en ternär järn-zirkonium-vanadinlegering. Genom att följa till- sättningen av vanadin, kan en önskad legering framstäl- praktiskt taget samma förfarande, men utelämna las. Kommersiellt tillgängliga produkter, som framställs och säljs av SAES Getters S.p.A. i Milano, Italien, är lämpliga för denna användning.

Den binära getterlegeringen packas i minst en bädd- zon, som är anordnad mitt i en gasflödespassage, som förbinder ett inlopp för oren kvävgas och ett utlopp för renad kvävgas hos ett ytterhölje. Getterbädden är kombinerad med ett upphettningsorgan, som är förenat med ytterhöljet, för att hålla gettern vid dess adsorptions- reaktionstemperatur och utgör de väsentliga delarna hos kvävesuperreningsanordningen enligt uppfinningen. Kväve som skall renas leds genom denna superreningsanordning så att dess föroreningar bringas i kontakt med gettern och avlägsnas genom adsorption, 10 15 20 25 30 35 465 149 5 Den getter som packas i kammaren har företrädesvis formen av pellets i stället för fina partiklar, eftersom det förra lättare åstadkommer tillräckliga mellanrum för gasflödet. Getter i form av pellets med enhetlig storlek i stället för små klumpar med oregelbunden storlek gör det även lättare att upprätthålla ett konstant hålrums- förhållande i getterbädden, att konstruera anordningen, och att få bra prestanda som är reproducerbara. Fastän sålunda getter i form av fina partiklar eller små klumpar inte uteslutes, föredrages användningen av pelleterad getter, som är pressformad av legeringspulver, eftersom den bättre uppfyller kraven på industriell utformning och tillverkning av kvävesuperrenaren.

De upphettningsorgan som skall införlivas i anord- ningen enligt uppfinningen för att hålla gettern till- räckligt varm för adsorptionsreaktionen, kan vara ut- formade på olika sätt, såsom kommer att förklaras senare i samband med föredragna utföringsformer av uppfinningen.

Upphettningsmetoden kan vara elektrisk upphettning eller indirekt upphettning med användning av ett upphettnings- medium, som cirkuleras genom en dubbelväggsstruktur eller liknande. Likaså kan upphettningszonen lämpligen väljas exempelvis i gasförvärmningsomrâdet uppströms om getterbädden eller -kammaren, eller omkring eller inuti gettermassan. Eftersom det är önskvärt att tillräcklig upphettning sker för att åstadkomma en jämn adsorptions- reaktion hos gettern med gasen och skapa en så enhetlig temperaturfördelning som möjligt, kan kombinationen av upphettningsmetoden och -zonen varieras i enlighet med vad som är nödvändigt för att på bästa sätt uppnå ända- målet.

Getterkammaren i anordningen enligt uppfinningen inbegriper minst en patron, som är packad med getter- materialet och som är anpassad att borttagbart anord- nas i ytterhöljet för att göra ett utbyte enkelt. 463 149 10 15 20 25 30 35 6 Getterkomponenterna enligt uppfinningen adsorberar och avlägsnar föroreningar från oren kvävgas genom kemisk adsorption, som inbegriper kemiska förändringar. De för- brukas därför stökiometriskt och har begränsad livslängd.

Efter användning under en förutbestämd period måste gettern ersättas med en ny. I annat fall kommer ända- målet att superrena kvävgas inte längre att uppnås. För detta ändamål kan superrenaren, som inbegriper ytter- höljet packat med gettern, hanteras som en enda enhet och ersättas som sådan från tid till annan. Det är också möjligt att i stället fylla gettern i en patron och montera bort patronen från ytterhöljet för utbyte vid lämpliga tidsintervaller.

Patronen har ett metallhölje, som är perforerat för att underlätta gasflödet.

Eftersom superrenaren enligt uppfinningen är avsedd att rena kväve tills koncentrationerna hos dess bestånds- delar som föroreningar är reducerade till 0,01 ppm eller mindre vardera, är det tillrådligt att den del av anord- ningens innervägg varmed den renade gas, som utträder ur getterkammaren, kommer i kontakt utföres av en metall, som är polerad på ytan och är tillräckligt finkornig och slät för att minimera gasadsorption och som inte bildar pulver pà grund av korrosion. Dylika metaller inbegriper t ex, men är inte begränsade till, rostfria stål och sådana legeringarna som Hastelloy, Incoloy och Monel-metall. Andra metallmaterial, som uppfyller ovanstående krav, kan väljas på lämpligt sätt och an- vändas.

Såsom angivits ovan, är det önskvärt att inner- väggsmaterialet hos anordningen som kommer i kontakt med den renade kvävgasen har en tät och slätpolerad yta för att minimera gasadsorption. Släthetsgraden hos den polerade ytan definieras numeriskt så att råheten hos den innerväggsyta som bringas i kontakt med kväv- gas är 0,5 um eller mindre, företrädesvis 0,25 um 10 15 20 25 30 35 465 149 7 eller mindre angivit som medelytavvikelsen (Ra) [Japa- nese Industrial Standard (JIS) B @60l-1970].

Fastän det polerade innerväggsmaterialet lämpligen används i den zon där den gas som strömmar ut ur patron- kammaren kommer i kontakt med materialet, är det natur- ligtvis möjligt att också använda materialet i den zon där den gas som passerar genom patronen kommer i kontakt -med materialet. I många fall är det ganska olägligt att använda det polerade materialet enbart i den zon där den gas som har strömmat förbi patronen kommer i kontakt med materialet. Ytpoleringen och bränningen avkortar markant den tid som krävs innan högrenad gas börjar er- hållas med konstant hastighet, även från en ny anord- ning.

Vid anordningen enligt föreliggande uppfinning kan medlen för att lösa det aktuella tekniska problemet utformas på olika sätt, såsom antytts ovan. Det skall förstås att uppfinningen inte är begränsad till de hit- tills beskrivna, specifika utföringsformerna, utan olika modifikationer kan göras utan att man avviker från upp- finningens ram. I Vid sättet enligt uppfinningen är det väsentligt att den kvävgas som skall renas leds genom bädden av en metalloxid-oxidationskatalysator vid dess oxidations- reaktionstemperatur. Anledning till detta är avsaknaden av adsorptionsförmága hos den getter som används vid uppfinningen med avseende på metan och andra kolväten genom omvandling av kolvätena och kolmonoxid som finns i kvävgasen till vatten och koldioxid och borttagning av det mesta av dem genom adsorption genom passagen genom en adsorbentbädd av zeolit-molekylsikt eller lik- nande.

Den kvävgas som renats till låg föroreningshalt på känt sätt leds genom en getterbädd, som är packad 463 149 10 15 20 25 30 35 8 med en getter av en legering bestående av 15-30 vikt% järn och 85-70 vikt% zirkonium och som hålls vid en temperatur i området 20-500°C, så att de föroreningar som finns i kvävet bortadsorberas. Om den reaktions- temperatur, vid vilken föroreningarna avlägsnas genom adsorption från kvävgasen i getterbädden, ligger under 20°C adsorberas föroreningarna av getterytan, men kan inte förväntas diffundera in i gettermassan. Adsorp- tionen upphör sålunda praktiskt taget vid mättnadstill- stånd på ytan utan att man gör full användning av getter- kapaciteten. I det angivna omrâdet 20-500°C adsorberar gettern i full utsträckning och tillåter föroreningarna att diffundera in i densamma. Getterns skenbara livs- längd förlängs följaktligen.

I temperaturområdet över 500°C adsorberas à andra sidan kvävgas lätt av gettern. Inställning av en reak- tionstemperatur över 500°C är därför olämplig.

Inom det angivna temperaturomrâdet 20-500°C är området 350-450°C mest föredraget. En temperatur i det sistnämnda området är den mest rekommendabla reaktions- tempraturen, eftersom det säkerställer en hög adsorp- tionshastighet och grundlig diffusion av förorening- arna in i getterbädden utan möjlighet till vätedesorp- tion.

UTFöRINGsFoRMER Föreliggande uppfinning kommer nu att beskrivas mera i detalj i anslutning till utföringsformer därav.

Kvävesuperrenare enligt uppfinningen visas i fig 1-9. Fig l visar en kvävesuperrenare, som inbe- griper: ett ytterhölje 3 bestående av ett rör av rost- fritt stål (kvalitet SUS 304 TP i enlighet med Japa- nese Industrial Standard JIS G 3448), som har ett kväve- inlopp l utformat nära toppen och ett kväveutlopp 2 nära botten, varvid höljet är täckt med en värmeisola- tor 12 över hela ytan; ett lock 14, som är anordnat på toppen av ytterhöljet 3; ett upphettningsorgan 6, 10 15 20 25 30 35 465 149 9 som är infört genom topplocket 14 in i utrymmet 25 inuti höljet; en getterbädd 4, som är packad i utrymmet under upphettningsorganet 6, mellan övre och undre buffer- tar 16, 15; och en perforerad platta 7, som kvarhålles av ett stöd 13, vilket i sin tur är fäst till ytter- höljets innervägg och uppbär bädden samt den perfore- rade plattan. Den använda gettern var en getterlegering av järn (22-25 vikt%), och zirkonium (75-78 vikt%), som tillverkas och marknadsföres av SAES Getters S.p.A. i form av kolonnliknande pellets med en diameter av 3 mm och en höjd av 4 mm.

Buffertarna 15, 16 består vardera av ett skikt av små aluminiumoxidsfärer med diametern 4 mm packade till en höjd av ca 5 cm. De korrigerar eventuella oen- hetligheter i gasflödet genom getterbädden, hindrar de fina getterpartiklarna från att spridas, och gör temperaturfördelningen enhetlig.

Medan den beskrivna utföringsformen använder små aluminiumoxidsfärer för bildning av buffertarna, kan man i stället utnyttja små kulor av rostfritt stål eller en stapel av finmaskiga nät av rostfritt stål. Buffer- tarna används inte alltid, och en utföringsform utan buffertar kommer att beskrivas senare.

I de övre delarna av buffertarna 15, 16 finns in- bäddat fodral 20, 19, som rymmer termometrar 18 resp 17.

Chromel-Alumel-termoelement används som termometrar.

Kvävgas 9, som skall renas, införes i kärlet vid inloppet l, upphettas av upphettningsorganet 6, passerar genom den övre bufferten 16 och därefter, i form av ett enhetligt flöde, genom getterbädden 4, där det befrias från föroreningarna genom adsorption. Den renade gasen leds genom den perforerade plattan 7 och uttages från kärlet vid utloppet 2.

Fig 2 och följande figurer visar andra utförings- former av uppfinningen. I dessa figurer betecknas mot- svarande delar med samma hänvisningsbeteckningar och 463 149 l0 15 20 25 30 35 10 beskrivning av dessa utelämnas eller minimeras.

Fig 2 visar en superreningsanordning av samma kon- struktion som utföringsformen i fig 1, utom att ett elektriskt upphettningsorgan 21 är lindat runt ytterhöl- jet 3, och att ett termoelement 22 är installerat för mätning av upphettningsorganets temperatur. Denna modi- fikation underlättar temperaturregleringen av getter- bädden.

Fastän fig l och 2 belyser de utföringsformer, i vilka getterbädden 4 är direkt packad i ytterhöljet 3, kan getterbädden även vara anordnad separat. Fig 3 visar ett arrangemang med en patron 5, där gettern 4 och buf- fertarna 15, 16 är inhysta i en cylinder, som är utrustad med perforerade plattor 7 vid båda ändar. Efter använd- ning under en given period kan patronen 5 tagas ut genom att borttaga topplocket 14 och ersättas med en ny patron. Detta möjliggör effektivare drift än vid arrangemangen enligt fig 1 och 2.

Fig 4 visar en annan utföringsform ll, vid vilken ytterhöljet 3 är av dubbelväggskonstruktion, bestående av en innervägg 24 och en yttervägg 23. Utrymmet mellan väggarna bildar en passage, genom vilken ett upphettnings- medium, såsom ånga, strömmar från ett upphettningsmedium- inlopp 30 till ett utlopp 31. I det utrymme som definieras av innerväggen finns en patron 5, som innerhåller en getter 4, varvid en spole till ett elektriskt upphett- ningsorgan 6 är inbäddad i gettern. Upphettningsorganet 6 är anslutet till en extern energikälla, som ej är visad, via ledningar 8 (endast en av dessa visas) och ett änd- uttagsaggregat 10. Patronen 5 har inre och yttre porösa väggar 26, som koncentriskt hålles i åtskilt förhål- lande medelst ett stöd 13. Innerväggen 24 hos ytterhöljet anligger vid sin undre ände mot en bottenplatta med en fläns 27, genom vilken en gasinloppsledning l och en utloppsledning 2 sträcker sig. Ledningen 2 tjänar också till att uppbära patronen 5. Kvävgas 9, som skall renas, matas genom inloppet l in i ytterutrymmet 25, upphettas 10 15 20 25 30 35 463 149 ll där till rätt temperatur, och tvingas sedan genom den porösa väggen 26 in i getterskiktet 4 för rening. Den renade gasen strömmar ut i innerutrymmet 25' och uttages via utloppet 2.

Fig 5 visar ytterligare en annan utföringsform av superrenaren ll. Ytterhöljet 3 är även här av dubbel- väggskonstruktion med ett utrymme för cirkulation av ett upphettningsmedium, som införes vid ett inlopp 30 och utmatas vid ett utlopp 3l för temperaturreglering.

På insidan av innerväggen finns en patron 5, som är packad med en getter 4 mellan perforerade plattor. På båda sidor av patronen är anordnat upphettningsorgan 6, som är anslutna till externa energikällor via ledningar 8.

Oren kvävgas 9 inmatas vid ett inlopp l, förvärms medelst upphettningsmediumet, renas genom passage genom getter- massan 4, som hålls vid en given temperatur medelst upphettningsorganen 6, och uttages sedan vid ett ut- lopp 2. Ännu en annan utföringsform av superrenaren ll visas i fig 6. Ett cylindriskt ytterhölje 3 uppbär en patron 5 med hjälp av övre och undre plattor (ej visat).

Patronen 5 inbegriper ett inbyggt elektriskt upphettnings- organ 6 med ledningar 8 och en gettermassa 4 i utrymmet mellan övre och undre perforerade plattor eller buffert- skikt, med upphettningsorganet inbäddat däri.

Fig 7 visar en annan apparat ll i enlighet med uppfinningen. En innercylinder är anordnad inuti ett ytterhölje 3, som består av inner- och ytterväggar och en värmeisolator 12, som fyller upp utrymmet mellan väggarna. En getter är packad i utrymmet mellan inner- cylindern och ytterhöljet, och ett elektriskt upphett- ningsorgan 6, som är lindat runt en keramisk stav 36, är infört i innercylinderns mittutrymme. Kvävgas 9, som skall renas, inkommer i kärlet vid ett inlopp l, passerar genom gettern 4, och den renade gasen lämnar kärlet vid ett utlopp 2. 463 149 10 15 20 25 30 35 12 Fig 8 visar en annan utföringsform, som är en modi- fiering av superrenaren i fig 3 och som kännetecknas av organ för utvinning av värme från det renade kvävet.

Kvävgas 9, som skall renas, inkommer i en värmeväxlare 28, som är anordnad under renarkroppen, undergâr värmeväxling med den utgående gasen, och den sålunda förvärmda gasen rör sig genom en ledning 29, som är omgiven av en värme- isolator 12, och genom ett övre inlopp l in i en getter- bädd 4. Den renade gasen kyls i värmeväxlaren och lämnar reningsanordningen vid ett utlopp 12.

Fig 9 visar en ytterligare utföringsform. Ytterhöl- jet 3 är en dubbelväggcylinder, och ett upphettnings- medium införes i utrymmet mellan väggarna vid ett in- lopp 33 och utmatas vid ett utlopp 34. Inuti ytterhöljet 3 finns en gastät patron 35. Utrymmet i patronhöljet är upp- delat horisontellt med ett flertal perforerade plattor 7, och ett flertal getterbäddar 4 fyller ut det utrymme som bildas av vartannat par av perforerade plattor. I getter- bäddarna är inbäddat elektriska upphettningsorgan 6, med ett upphettningsorgan för varje bädd, och de tillföres elektricitet via ledningar 37, 38. Kvävgas 9, som skall renas, strömmar in vid ett inlopp l och den renade gasen strömmar ut vid ett utlopp 2.

Exempel på uppfinningen som använde en specifik getterkomposition kommer nu att förklaras.

De instrument som användes för gasanalyser i exemplen var följande: Gasanalysinstrument: Gaskromatograf-masspektrometer, modell TE-360B (tillverkad av Anelva Corp.).

Gaskromatograf - F.I.D. modell GC-9A (tillverkad av Shimadzu Seisakusho, Ltd) Fuktmätare: Hygrometer, modell 700 (tillverkad av Panametric Co.) Ytojämnhetsmätare: _ Surfcorder, modell SE-3H (tillverkad av Kosaka Laboratory Co., Ltd.) I: 10 15 20 25 30 35 463 149 13 EXEMPEL 1 En pulverformig icke-förångningsbar getterlegering med en viktsammansättning av 76,6 % zirkonium och 23,4 % järn och en partikelstorlek av 50-250 um placerades i superreningsanordningen för kväve enligt fig 1. Cylindern av rostfritt stål (handelsbeteckning SUS 304) hade en ytterdiameter av 21,7 mm och en innerdiameter av 17,5 mm.

Dess längd var 350 mm. Den längd hos cylindern som upp- togs av gettermaterialet var 200 mm och höjden hos de övre och undre buffertarna av aluminiumoxidsfärer var 5 cm vardera. Oren kvävgas infördes i superreningsanord- ningen vid en temperatur av 25°C och ett tryck av 6 kg/cmz (mätartryck) vid en flödeshastighet av 0,17 liter/min.

Kvävet strömmade genom getterbädden, som hölls vid 375°C, och utkom vid ett tryck av 4 kg/cmz (mätartryck) från utloppet. Dess föroreningsnivå bestämdes för olika gaser 40 min efter igångsättning av gasflödet. Man erhöll de resultat som anges i tabell I.

TABELL I Förorening Inlopp, Utlopp, föroreningshalt föroreningshalt (ppm) (ppm) 02 0,4 0,006 CH4 _ 0,01 0,01 CO 0,06 0,008 C02 0,04 0,007 H20 3,0 inga spår Halten av föroreningar i utloppsgasen förblev kon- stant i 1030 h.

EXEMPEL 2 Man framställde pellets med en diamater av 3 mm och en höjd av 4 mm genom att pressa och pelletera en icke-förångningsbar getterlegering, som hade en samman- sättning och partikelstorlek identisk med de hos getter- legeringen i exempel l. Pelletsen infördes i superrenings- 463 149 10 15 20 25 30 35 14 anordningen enligt fig 2. Cylindern av rostfritt stål (SUS 304) hade en ytterdiameter av 89,1 mm och inner- diameter av 83,1 mm. Dess längd var 660 mm. Den längd hos cylindern som upptogs av pelletsen av gettermaterial, inbegripet tjocklekarna hos de övre och undre buffertarna (av aluminiumoxidsfärer), som vardera hade en bäddhöjd av 5 cm, var 185 mm. Orent kväve infördes i superrenings- anordningen vid en temperatur av 25°C och ett tryck av 4 kg/cmz (mätartryck) vid en flödeshastighet av 12 liter per minut. 3 Det orena kvävet strömmade genom den icke-förångnings- bara getterbädden, som hölls vid en temperatur av 375°C med hjälp av ett spiralformat motståndsupphettningsorgan, och utkom vid ett tryck av 3,95 kg/cmz (mätartryck) från utloppet. Dess föroreningshalt bestämdes för olika gaser 40 min efter igângsättning av kväveflödet. De erhållna resultaten visas i tabell II.

TABELL II Förorening Inlopp, Utlopp, föroreningshalt föroreningshalt (ppm) (ppm) 02 11,29 0,006 CH4 0,01 0,01 CO 8,8 0,008 coz 0 9,3 o,oo7 H20 5,0 inga spår Halten av föroreningar i utloppsgasen förblev kon- stant i 760 h.

EXEMPEL 3 Å Man framställde pellets med exakt samma sätt som i exempel 2 och placerade dem i patronen enligt fig 3.

Patronen hade en ytterdiameter av 80 mm, en innerdiameter av 78 mm och en längd av 244 mm. Samma massa av pellets användes som i exempel 2. Patronen placerades sedan i en 10 15 20 25 30 35 465 149 15 cylinder identisk med den i exempel 2 (utom att dess längd var 719 mm). Orent kväve fick strömma genom super- reningsanordningen vid samma inloppstryck, temperatur och flödeshastighet som beskrivits i exempel 2. Patronen hölls vid 375°C. Utloppsgasens tryck och sammansättning befanns vara identiska med de i exempel 2 vid tidpunkten 40 min efter igångsättning av kväveflödet. Halten av föroreningar i utloppsgasen förblev återigen konstant i 760 h.

EXEMPEL 4 I detta exempel följdes förfarandet enligt exempel 2 i alla avseenden, utom att cylinderns inneryta hade en ytojämnhet av Ra = 0,5 um (normalt Ra = 2,5 um) och att utloppsröret av rostfritt stål hade en ytterdiameter av 9,5 mm, en innerdiameter av 7,5 mm, och en ytojämnhet hos innerytan av Ra = 0,2 um. De resultat som visas i tabell III erhölls 40 min efter igångsättning av kväve- flödet.

TABELL III Förorening Inlopp, Utlopp, föroreningshalt föroreningshalt (ppm) (ppm) 02 11,29 0,003 CH4 p 0,01 0,01 CO 8,8 0,008 C02 8,3 0,003 H20 5,0 inga spår Halten av föroreningar i utloppsgasen förblev kon- stant i 760 h.

EXEMPEL 5 I detta exempel leddes kvävgas, som skulle renas, först genom en cylinder av rostfritt stål (SUS 304), som hade en ytterdiameter av 89,1 mn, en innerdiameter av 83,1 mm, och en längd av 660 mm och som var fylld till en bäddhöjd av 185 mm med pellets (3 mm i diameter 463 149 10 15 20 25 30 35 16 och 4 mm i längd) och hölls vid en temperatur av 450°C.

Därefter reducerades vattenánghalten hos den kvävgas som skulle renas genom att leda den genom en torkanord- ning, som bestod av en cylinder av rostfritt stål (SUS 304) med en ytterdiameter av 89,l mm, en inner- diameter av 83,1 mm och en längd av 660 mm, vilken var fylld till en bäddhöjd av 200 mm med en molekylsikt av typ 5-A, varvid pelletstorleken var 3,2 mm i diameter och 24 mm i längd. Denna gas behandlades med förfarandet enligt exempel 2. Utloppstrycket från torkbädden och följaktligen inloppstrycket till superreningsanordningen var 4 kg/cm2 (mätartryck). Temperaturen varierades för att utröna inverkan av olika gettertemperaturer. Resul- taten ges i tabell IV.

TABELL IV Inlopp, Utlopp, föroreningshalt (ppm) vid föroreningshalt temperaturen (ppm) 20°C 250°C 375°C 500°C O2 11,29 0,006 0,006 0,006 0,004 CH4 3,7 0,009 0,009 0,009 0,009 CO 8,8 0,008 0,008 0,008 0,004 C02 8,3 f 0,007 0,007 g 0,007 0,004 H20 5,0 inga inga inga inga spår spår spår spår Utloppsgasen förblev kon- 2l h 1050 h 2330 h 2390 h stant under Gettercylin- derns effekt- 0 0,61 kW/h- l,l kW/h 1,7 kW/h förbrukning Tabellen indikerar att gettern enligt uppfinningen uppvisar utmärkt reningsförmåga i temperaturomràdet 20-500°C. 11 ri 10 15 20 25 30 463 149 17 EXEMPEL 6 och 7 Man framställde pellets med en diameter av 3 mm och en längd av 4 mm genom pressning av icke-förångnings- bara getterpulver, som bestod av en legering av 84 vikt% Zr och 16 vikt% Fe (exempel 6) och en legering av 71 vikt% Zr och 29 vikt% Fe (exempel 7) och som hade en partikel- storlek av 50-250 pm (150 pm i genomsnitt). Dessa pellets infördes i en superreningsanordning med samma konstruk- tion och på samma sätt som i exempel 2. Kvävgas, som innehöll föroreningar, infördes i superreningsanordningen vid en temperatur av 25°C, ett tryck av 4 kg/cmz (mätar- tryck) och vid en flödeshastighet av 12 liter/min.

Den förorenade kvävgasen leddes genom bädden av icke-förångningsbar getter, som hölls vid en temperatur av 375°C med hjälp av ett spiralformat motstàndsupphett- ningsorgan, och utkom från utloppet vid ett tryck av 3,95 kg/cmz (mätartryck). Föroreningshalten uppmättes 40 min efter ingångsättning av kvävgasflödet och resul- taten i tabell V erhölls.

TABELL V Inlopp, Utlopp, förorening Gas förorening Exempel 6 Exempel 7 (ppm) (ppm) (ppm) 02 11,29 0,003 0,01 CH4 0 0,01 0,01 0,01 CO 8,8 0,005 0,009 C02 8,3 0,005 0,1 H20 5,0 inga spår inga spår Halten av föroreningar i utloppet var konstant i 960 h respektive 690 h.

Claims (10)

463 149 10 15 20 25 30 35 18 PATENTKRAV

1. l. Superreningsanordning för rening av kvävgas, som innehåller föroreningar, k ä n n e t e c k n a d därav, att anordningen inbegriper ett ytterhölje, som är försett med ett inlopp för kvävgas som skall renas, ett utlopp för renad kvävgas, och en gasflödespassage, som förbinder gasinloppet och -utloppet, minst en getter- kammare, vilken innehåller en getterlegering, som består av 15-30 vikt% järn och 85-70 vikt% zirkonium och som är anordnad i gasflödespassagen, vilken getterkammare inbegriper minst en patron, som innefattar en perforerad metallbehållare packad med gettern och som är borttagbart installerad i ytterhöljet så att den lätt kan ersättas med en ny, varvid det material hos anordningen med vilket kvävgasen kommer i kontakt, är sådant att den innerväggs- yta som kommer i kontakt med gasen har polerats till en ytojämnhet (Ra) av 0,5 um eller mindre uttryckt som medelytavvikelsen, som ges av medelamplituden över hela mätsektionen, samt organ för att hålla gettern vid en temperatur av 20-500°C.

2. Superreningsanordning enligt kravet 1, k ä n n e - t e c k n a d i getterkammaren, har formen av pellets, som framställts därav, att getterlegeringen, som används genom pressning och pelletering av en pulverformig järn- -zirkoniumlegering.

3. Superreningsanordning enligt kravet l, k ä n n e - t e c k n a d getter har en sammansättning av 22-25 vikt% järn och 75-78 vikt% zirkonium.

4. Superreningsanordning enligt kravet l, t e c k n a d getter är en intermetallisk förening av järn och zirkonium. därav, att legeringen som används som k ä n n e - därav, att legeringen för användning som

5. Superreningsanordning enligt kravet l, k ä n n e - t e c k n a d därav, att gettermaterialet har formen 10 15 20 25 465 149 19 av kolonnliknande pellets med en diameter av ca 3 mm och en höjd av ca 4 mm.

6. Superreningsanordning enligt något av kraven l-5, k ä n n e t e c k n a d därav, att den inbegriper eniförbehandlingsenhet för avlägsnande av kolväten. 1

7. Sätt att superrena kväve, k ä n n e t e c k - n a t därav, att renat kväve leds genom en getterbädd, som inbegriper en getter av en legering av 15-30 vikt% järn och 85-70 vikt% zirkonium vid en temperatur av 20-500°C, varvid gettern är inrymd i en eller flera patroner hos en superreningsanordning enligt något av kraven 1-6.

8. Sätt enligt kravet 7, därav, att det renade kväve, som leds genom getterbädden, k ä n n e t e c k n a t erhållits genom att leda oren kvävgas genom en bädd av en metalloxidkatalysator för oxidation vid en oxida- tionsreaktionstemperatur och därefter leda gasen genom en adsorbentbädd.

9. Sätt enligt kravet 8, därav, att adsorbentbädden innefattar en zeolitmolekyl- sikt. 0

10. Sätt enligt något av kraven 7-9, t e c k n a t temperatur av 350-450°C. k ä n n e t e c k n a t k ä n n e - därav, att getterbädden hålles vid en