TW201244804A - Purifying method and purifying apparatus for argon gas - Google Patents

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TW201244804A TW101111929A TW101111929A TW201244804A TW 201244804 A TW201244804 A TW 201244804A TW 101111929 A TW101111929 A TW 101111929A TW 101111929 A TW101111929 A TW 101111929A TW 201244804 A TW201244804 A TW 201244804A
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Mitsutoshi Nakatani
Nobuyuki Kitagishi
Jun-Ichi Sakamoto
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Sumitomo Seika Chemicals
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201244804 六、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種純化至少含古s ,氧氣、氫氣、一氧化 碳、烴及氮氣作為雜質之氬氣之方法與裳置。 【先前技術】 、製鋼用真空脫氣設 晶石夕鑄造爐之類之設 。為了再利用而自此 例如於矽單晶提拉爐、陶瓷燒結爐 備、太陽電池用矽電漿熔解裝置、多 備中’使用氬氣作為爐内環境氣體等 一氧化碳、空氣等之混入而 收之氬氣之純度而進行使混 。進而’為了高效地進行此 種設備所回收之氬氣因氫氣、 純度降低。因此,為了提高回 入之雜質吸附於吸附劑之步驟 種雜質之吸附而提出作為吸附處理之預處理,使雜質中之 氧氣與可燃成分反應而改性為二氧化碳與水(參照專利文 獻 1、2) 〇 窨 於專利文獻1所揭示之方法中,以稍少於使氫氣、一氧 化碳等可燃成分完全燃燒所必需之化學計量之方式調節氮 氣中之氧氣之量’繼而,將使氫氣與氧氣之反應優先於一 氧化碳與氧氣之反應的鈀或金作為觸媒,使氬氣中之氧氣 與一氧化碳、氫氣等反應,藉此,於殘留一氧化碳之狀態 下生成二氧化碳與水。繼而,於常溫下使氬氣中含有之二 氧化碳與水吸附於吸附劑,然後,於-l〇°C〜-50°C之溫度下 使氬氣中含有之一氧化碳與氮氣吸附於吸附劑。 於專利文獻2所揭示之方法中,將氬氣中之氧氣之量設 為足夠使氫氣、一氧化碳等可燃成分完全燃燒之量,繼而 162967.doc 201244804 使用鈀系之觸媒使氬氣中之氧氣與一氧化碳、氫氣等反 應,藉此於殘留氧氣之狀態下生成二氧化碳與水。繼而, 於常溫下使氬氣中含有之二氧化碳與水吸附於吸附劑,然 後’於-170 C左右之溫度下使氬氣中含有之氧氣與氮氣吸 附於吸附劑。 又,提出有如下方法:於自單晶製造爐等排出之氬氣中 含有油分之情形時,使用溱加有活性碳等之除油筒、除油 過濾器去除該油分,繼而,使導入至觸媒筒之氬氣中之氧 氣與添加氫氣反應而轉化為水,繼而,將導入至吸附筒之 氬氣中之水與二氧化碳吸附去除,然後藉由精餾操作而進 行純化(參照專利文獻3)。 [先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]日本專利第3496079號公報 [專利文獻2]曰本專利第3737900號公報 [專利文獻3]曰本專利特開2000-88455號公報 【發明内容】 [發明所欲解決之問題] 於專利文獻1所記載之方法中,於使氬氣中之雜質中之 氧氣與可燃成分反應後之吸附處理之階段中,於常溫下使 二氧化碳與水吸附於吸附劑後,於-10°c〜-50°c下使一氧化 碳與氮氣吸附於吸附劑。於使在此種低溫下吸附一氧化碳 與氮氣之吸附劑再生之情形時,一氧化碳與氮氣相比自吸 附劑脫離需要能量,故而於工業上不利。 162967.doc 201244804 於專利文獻2所記載之方沐Λ 姑丄Α β Α ^ 乃去中,藉由於預處理之階段將 氬氣中作為雜質而含有之氧氣之量設為足夠使氫氣、一氧 化料完全燃燒之量,從而於殘留氧氣之狀態下生成二氧 化兔·與水。然而,為了 %阶4备e 及附氧氣,必需使吸附時之溫度降 低至-170°C左右為止。即,由 田於在吸附處理之預處理中殘 留氧氣’故而存在吸附處理時之冷卻能量增大、純化負荷 變大之問題。 於專利文獻3所記載之方法巾,使氬氣中含有之油分藉 由吸附於活性碳而去除。然而,於回收氬氣時例如使用利 用油以保持氣密性f《油旋冑冑空栗之類之冑器之情形 時,即便有除油用分霧器,穿過分霧器之油分亦例如為 5〜20 mg/m3。如此,源自氬氣中含有之油分之烴非常多: 甲院為數百ppm,碳數為2〜5之烴(C2〜C5)以碳數為1之烴 (ci)換算計為數千ppm。甲烷未吸附於活性碳且碳數為2〜5 之烴亦幾乎未吸附於活性碳而穿過觸媒筒,故而存在其後 之精餾負荷增大之缺點。 本發明之目的在於提供一種可解決如上所述之先前技術 之問題的氬氣之純化方法及純化裝置。 [解決問題之技術手段] 本發明方法之特徵在於:其係純化至少含有氧氣、氫 氣、一氧化碳、烴及氮氣作為雜質之氬氣之方法,且判定 上述氬氣中之氧氣量是否超過與上述氬氣中之所有氫氣、 一氧化碳、及烴反應所必需之氧氣之設定量,於上述氬氣 中之氧氣量為上述設定量以下之情形時,以超過上述設定 162967.doc 201244804 量之方式添加氧氣,繼而,使用觸媒使上述氬氣中之一氧 炭氫氣及烴與氧氣反應,藉此於殘留氧氣之狀態下 生成二氧化碳與水,繼而,使上述氯氣與金屬接觸,藉此 使上述氬氣中之氧氣與上述金屬反應而生成金屬氧化物, 繼而利用變壓式吸附法使上述氬氣中之二氧化碳、水、 及氮氣吸附於吸附劑。 根據本發明,氬氣中作為雜質而含有之氫氣、-氧化 碳、及烴係藉由與氬氣中之氧氣反應生成二氧化碳與水而 去除。又,藉由該反應而殘留於氬氣中之氧氣係藉由用以 氧化金屬而去除。H & ’可防止力吸附處理之預處理之階 段於氬氣中殘留氧氣'氫氣、一氧化破、烴。因此,於吸 附劑之再生時無需使一氧化碳脫離,故而可降低再生能 量。 於本發明中,作為上述金屬,較佳為使用除形成金屬羰 基化合物之金屬以外之金屬。較佳用於本發明之金屬為 銅、鋅、或該等之混合物。由於鐵、鉬、鎳、鉻、錳、鈷 之類之金屬與氬氣中含有之一氧化碳反應而形成有害之金 屬羰基化合物,故而此種金屬不佳為用於本發明。 於本發明方法中,於上述氬氣含有油分作為雜質之情形 時,較佳為於上述使用觸媒之反應前使上述氬氣中之烴之 一部分與油分吸附於活性碳中,然後進行上述氬氣中之氧 氣量是否超過與上述氬氣中之所有氫氣、一氧化碳、及烴 反應所必需之氧氣之設定量的上述判定。 藉此’於氬氣含有油分之情形時’可利用活性碳吸附該 162967.doc 201244804 進而可利用活性碳吸附源自油分之烴之一部分,尤 、疋 用活性碳有效地吸附碳數為1〜5以外之烴。因 此藉由減少氬氣中之烴量’可減少藉由烴與氧氣之反應 所生成之與二氧化碳,並減輕其後之吸附負荷。 於本發明方法中,較佳為於上述利用變壓式吸附法之吸 附後利用dot:〜-501下之變溫式吸附法使殘留於上述 氬氣中之氮氣吸附於吸附劑。藉此,可進一步減少上述氬 氣中之氮氣之含量。又,由於無需利用變溫式吸附法吸附 氧氣,故而可降低吸附處理時之冷卻能量。 於本發明方法中,較佳為於上述利用變壓式吸附法之吸 附時使用沸石及活性氧化鋁作為上述吸附劑。由於活性氧 化鋁不僅吸附水分而且亦吸附二氧化碳’故而提高沸石之 氮氣吸附效果》 本發明裝置之特徵在於:其係純化至少含有氧氣、氫 氣、一氧化碳、烴及氮氣作為雜質之氬氣之裝置,且其具 備.第1反應器,其導入上述氬氣;第2反應器,其導入自 上述第1反應器流出之虱氣;及吸附裝置,其導入自上述 第2反應器流出之氬氣;並且於上述第1反應器中收容有使 上述氬氣中之一氧化碳、氫氣 '及烴與氧氣反應之觸媒; 於上述第2反應器中收容有藉由與上述氬氣中之氧氣之反 應而生成金屬氧化物之金屬;且上述吸附裝置具有利用變 壓式吸附法吸附上述氬氣中之二氧化碳、水、及氮氣之 PSA(Pressure Swing Adsorption,變壓式吸附)單元。 根據本發明裝置,於氬氣中之氧氣量超過與該氬氣中之 162967.doc 201244804 所有氫氣、一氧化碳、及烴反應所必需之設定量之情形 時’可根據本發明方法直接純化該氬氣。又,於氬氣中之 氧氣量為與該氬氣中之所有氫氣、一氧化碳、及烴反應所 必需之設定量以下之情形時’可利用本發明裝置根據本發 明方法直接純化以超過該設定量之方式添加氧氣後之氬 氣。 於本發明裝置中,上述吸附裝置較佳為具有利用-1(rc〜 -50°C下之變溫式吸附法吸附自上述psA單元流出之上述氬 氣中之氮氣的TSA(Thermal Swing Adsorption,變溫式吸 附)單元。藉此,可進一步減少上述氬氣中之氮氣之含 量。 於本發明裝置中較佳為具備對導入至上述第1反應器中 之氬氣添加氧氣之氧氣供給器。藉此’可於氬氣中之氧氣 量為與該氬氣中之所有氫氣、一氧化碳、及烴反應所必需 之設定量以下之情形時利用本發明裝置以超出該設定量之 方式添加氧氣。 本發明裝置較佳為具備導入上述氬氣之吸附塔,於上述 吸附塔中收容有吸附上述氬氣中之烴之一部分與油分之活 性碳,且將自上述吸附塔流出之上述氬氣導入至上述糾 反應器中。藉此,可對應於氬氣包含油分作為雜質之情 形。 [發明之效果] 、、根據本發明’可提供—種藉由於吸附處理之預處理階段 減少氬氣之雜質含有率而降低吸附處理之負荷、減少純化 162967.doc 201244804 所需之能量、並可南純度地純化回收之氬氣、進而亦可有 效地對應於氬氣包含烴及油分之情形的實用之方法與裝 置。 【實施方式】 圖1所示之氬氣之純化裝置α例如係回收自單晶矽、多晶 石夕鑄造爐之類之氬氣供給源1所供給之已使用之氬氣而以 可再利用之方式進行純化者,且其具備:過濾器2、活性 碳吸附塔3、加熱器4、具有第1反應器5a與第2反應器51)之 反應裝置5、冷卻器6、及吸附裝置7。 純化對象之氬氣中所含有之微量之雜質至少為氧氣、氫 氣、一氧化碳、烴及氮氣,但亦可含有油分、二氧化碳、 水等其他雜質,於本實施形態中係設為含有油分者。純化 對象之氬氣中之雜質之濃度並無特別限定,例如係設為5 莫耳ppm〜80000莫耳pprn左右。 自供給源1供給之氬氣於利用過濾器2(例如CKD公司製 造之AF1000P)除塵後首先導入至活性碳吸附塔3中。於活 性碳吸附塔3中收容有吸附氬氣中之烴之一部分與油分之 活性碳。於第1反應器5a中之使用觸媒之反應前,氬氣中 之烴之一部分與油分於活性碳吸附塔3中吸附於活性碳 中。 判定使烴之一部分與油分吸附於活性碳後之氬氣中之氧 氣量是否超過與該氬氣中之所有氫氣、一氧化碳、及烴反 應所必需之氧氣之設定量。於本實施形態中,該設定量係 «又為與該氬氣中之所有氫氣、一氧化碳、及烴反應所必需 162967.doc 201244804 之氧氣之化學計量。
由於視氬氣中含有之烴之種類而使烴完全燃燒所必需之 氧氣量不同,故而上述判定較佳為於預先藉由實驗求出氩 氣中含有之雜質之組成與濃度後進行。例如,於氬氣所含 有之烴為甲烷之情形時,氬氣中之氫氣、一氧化碳、及甲 烷與氧氣反應而生成水與二氧化碳之反應式如下所示。 Η2+1/2〇2->Η20 CO+l/2〇2-^C〇2 CH4+2O2 —CO2+2H2O 於該情形時,根據氬氣中之氧氣莫耳濃度是否超過等於 氫氣莫耳濃度、一氧化碳莫耳濃度與甲烷莫耳濃度之和之 值而判定氬氣中之氧氣量是否超過上述化學計量即可。當 然’氬氣中含有之烴並不限定於甲烷,又,亦可含有兩種 以上之烴》 上述設定量無需為上述化學計量,只要為上述化學計量 以上即可’例如較佳為設為上述化學計量之1〇5倍〜丨丨倍 之值,藉由設為1.05倍以上,可使氬氣中之氧氣與所有氫 氣、一氧化碳、及烴確實地反應,藉由設為1.丨倍以下, 可防止氧氣漠度高至必需以上。 於氬氣中之氧氣量為上述設定量以下之情形時,以超過 上述設定量之方式對氬氣添加氧氣。於氬氣中之氧氣量超 過上述設定量之情形時,無需進行氧氣添加。本實施形態 之純化裝置α不具備用以對氬氣進行氧氣添加之構成,故 而於氬氣中之氧氣量超過上述設定量之情形時直接純化該 162967.doc •10· 201244804 氬氣,又,於該氧氣量為上述設定量以下之情形時,純化 以超過該設定量之方式添加氧氣後之氬氣。再者,亦可藉 由於圖1中如虛線所示般設置對導入至第1反應器5a中之氬 氣添加氧氣之氧氣供給器8,從而於氬氣中之氧氣量為上 述设疋量以下之情形時能夠以超過上述設定量之方式對氬 氣添加氧氣。氧氣供給器8例如可由具有流量控制閥之高 壓氧氣容器之類之能夠以根據氬氣對第1反應器5a之導入 流量之流量添加氧氣者而構成。再者,亦可設置自活性碳 吸附塔3與氧氣供給器8間抽取氬氣之採樣線,抽取氧氣供 給前之氬氣並導入至氧氣分析計(例如GE Sensing公司製造 之DE-150ε)、一氧化碳分析計(例如Fuji Eiectric Systems公 司製造之ZRE)、氫氣濃度分析計(例如GL Sciences公司製 造之 GC-PDD(Gas Chromatography-Pulsed Discharge Detector, 氣相層析儀-脈衝放電檢測器))及總烴分析計(例如堀場公 司製造之FIA-5 10),又,於第1反應器5 a與第2反應器5b間 設置採樣線,抽取第1反應器5a中之反應後之氬氣並導入 至氧氣分析計而連續監控氬氣中之雜質組成,藉此能夠更 確實地添加微過剩之氧氣。 將自活性碳吸附塔3流出之氬氣經由加熱器4而導入至第 1反應器5a中。為了完成第1反應器5a中之反應,利用加熱 器4之氬氣之加熱溫度較佳為設為200°C以上,就防止觸媒 之壽命縮短之觀點而言較佳為設為4〇〇°C以下。 於第1反應器5a中收容有觸媒,以便藉由使氬氣中之一 氧化破、氫氣、及烴與氧氣於第1反應器5a内反應而於殘 162967.doc 201244804 留氧氣之狀態下生成二氧化碳與水。收容於第1反應器5a 中之觸媒只要為使氧氣與一氧化碳、氫氣及烴反應者則並 無特別限定’例如可使用將鉑、鉑合金、纪、釕、或該等 之混合物等擔載於氧化鋁上之觸媒,於氬氣大量含有曱烷 之類之低級烴之情形時較佳為將鈀擔載於氧化鋁上之觸 媒。 將自第1反應器5a流出之氬氣導入至第2反應器5b。於第 2反應器5b中收容有與氬氣接觸之金屬,藉由該金屬與氬 氣中之殘留氧氣之反應而生成金屬氧化物。作為該金屬, 較佳為除形成金屬羰基化合物之金屬以外之金屬,例如較 佳為銅、鋅、或該等之混合物,且擔載於氧化鋁、二氧化 矽之類之氧化物上。 自第2反應器5b流出之氬氣於藉由冷卻器6冷卻而減少水 分後到達吸附裝置7。吸附裝置7具有PSA單元1〇與TSA單 元20。PSA單元10利用常溫下之變壓式吸附法使氬氣中之 至少二氧化碳、水、及氮氣吸附於吸附劑。將藉由冷卻器 6而冷卻之氬氣導入至PSA單元10中。藉此,於第1反應器 5a中生成之二氧化碳及水與氬氣中自最初起便含有之氣氣 之一部分一併於PSA單元10中吸附於吸附劑。 PSA單元1〇可使用公知者。例如圖2所示之psa單元1〇為 2塔式,且具有壓縮氬氣之壓縮機12與第1、第2吸附塔 13,於各吸附塔13中填充有吸附劑。於導入至吸附塔13之 氬氣中主要含有水、二氧化碳、氮氣。於本實施形態中, 為了提高氮氣吸附效果而使用沸石作為吸附劑,尤佳為 162967.doc •12- 201244804
LiX型沸石、CaX型沸石之類之X型合成沸石。又,亦可於 各吸附塔13之下部(氣體入口側)填充用於脫水之活性氧化 鋁作為提高水分吸附效果之吸附劑。藉由於各吸附塔丨3中 積層狀地填充沸石與活性氧化鋁,由於活性氧化鋁不僅吸 附水分而且亦吸附二氧化碳,故而可提高沸石之氮氣吸附 效果。於各吸附塔13中,較佳為於氣體入口側填充活性氧 化鋁’於氣體出口側填充沸石,並將活性氧化鋁與沸石之 重量比設為5/95〜35/65。 於圖2中,吸附塔13之入口 13a分別係經由切換閥13b而 連接於原料配管13f,經由切換閥13c及消音器i3e而連接 於大氣中’並經由切換閥13d與下部均壓配管i3g而相互連 接。自第2反應器5b流出並藉由冷卻器6冷卻之氬氣於藉由 壓縮機12壓縮後到達至原料配管I3f。 吸附塔13之出口 13k分別係經由切換閥131而連接於流出 配管13〇,經由切換閥13m而連接於洗淨配管13P,並經由 切換閥13η與上部均壓配管I3q而相互連接。 流出配管13〇係經由並列配置之止回閥13r與切換閥Us 而連接於均壓槽14之入口》均壓槽14之出口係經由用以控 制吸附塔13中之吸附壓力之壓力調節閥14a而連接於貯存 槽15之入口》貯存槽15之出口係經由出口配管i5a而連接 於TSA單元20。又,流出配管ι3〇與均壓槽14係經由流量 控制閥13u、流量指示調節計丨3 v而連接於洗淨配管丨3p, 可將自吸附塔13流出之雜質濃度降低之氬氣經由洗淨配管 13p並調節成一定流量而再次送至吸附塔13中。 162967.doc -13· 201244804 於圓2所示之PSA單元ι〇之第i、第2吸附塔13中分別依 序進行吸附步驟、均壓步驟、脫附步驟、洗淨步驟、均壓 步驟、升壓步驟。 即’藉由於第1吸附塔13中僅打開切換閥13b、π〗而將 利用壓縮機12壓縮之氬氣經由切換閥13b導入至第1吸附塔 ^中。藉由使該導入之氬氣中之至少二氧化碳、氮氣、水 分吸附於吸附劑而於第1吸附塔i 3中進行吸附步驟。於第1 吸附塔13中雜質之含有率降低之氬氣經由流出配管13〇而 送至均壓槽14。此時’藉由於第2吸附塔13中僅打開切換 閥13m、13c,而將自第1吸附塔13送至流出配管13〇之氬氣 之一部分經由洗淨配管13p、流量控制閥13u送至第2吸附 塔13 ’於第2吸附塔13十進行洗淨步驟。 繼而’藉由於第1吸附塔13中關閉切換閥13b、13丨,於 第2吸附塔13中關閉切換閥13 m、13 c並打開切換閥13 η、 13d,而於第1吸附塔13與第2吸附塔13中進行實現内部壓 力之均勻化之均壓步驟。 繼而,藉由關閉切換閥13n、13d並於第1吸附塔13中打 開切換閥13c,而於第1吸附塔13中進行使雜質自吸附劑脫 附之脫附步驟,脫附之雜質與氣體一併經由消音器13 e而 排放至大氣中。此時,藉由於第2吸附塔13中打開切換閥 13 b、131、切換閥13 s而經由切換閥13 b導入利用壓縮機12 壓縮之氬氣,經由切換閥13s與切換閥131導入均壓槽14中 之雜質之含有率降低之氬氣’於第2吸附塔13中進行升壓 步驟並且開始吸附步驟。 162967.doc •14· 201244804 繼而’於第1吸附塔13中打開切換閥13m並關閉切換閥 13s ’藉此’自進行吸附步驟之第2吸附塔13送至流出配管 13〇之氬氣之一部分經由洗淨配管13p、流量控制閥13u而 送至第1吸附塔13,於第1吸附塔13中進行洗淨步驟。洗淨 步驟所使用之氣體經由切換閥13c、消音器13e而排放至大 氣中。 繼而’藉由於第1吸附塔13中關閉切換閥13c、13m ,於 第2吸附塔13中關閉切換閥13b、131 ’並打開切換閥13n、 13d,而於第丨吸附塔13與第2吸附塔13中進行實現内部壓 力之均勻化之均壓步驟。 繼而,藉由關閉切換閥13n、13d,於第1吸附塔13中打 開切換閥13b、131並打開切換閥13s ’而導入利用壓縮機12 壓縮之氩氣與均壓槽14中之雜質之含有率降低之氬氣,於 第1吸附塔13中進行升壓步驟並且開始吸附步驟^此時, 藉由於第2吸附塔13中打開切換閥13c,而於第2吸附塔13 中進行使雜質自吸附劑脫附之脫附步驟,且雜質與氣體一 併經由消音器13e而排放至大氣中。 藉由分別於第1、第2吸附塔13中依序重複上述各步驟, 而將雜質含有率降低之氬氣經由均壓槽14、壓力調節閥 14a、貯存槽15、出口配管15a送至TSA單元20。 再者’ PSA單元10並不限定於圖2所示者,例如塔數除2 以外’例如亦可為3或4。 將PS A單元1〇中包含未被吸附於吸附劑之氮氣之氬氣導 入至TSA單元20中。TSA單元20係利用-10°C〜-50°C下之變 162967.doc 15 201244804 溫式吸附法使氣氣中之至少氮氣吸附於吸附劑。 TSA單元20可使用公知者。例如圖3所示之tsa單元叫 2塔式,且其包括:熱交換型預冷器21,其預冷自pSA單 疋1〇送來之氬氣;熱交換型冷卻器22,其進一步冷卻藉由 預冷器21冷卻之氬氣;第1、第2吸附塔23;及熱交換部 24,其覆蓋各吸附塔23。熱交換部24於吸附步驟時利用冷 媒冷卻吸附劑,於脫附步驟時利用熱媒加熱吸附劑。各吸 附塔23具有填充有吸附劑之大量之内管。作為該吸附劑, 可使用適於氮氣之吸附者,例如較佳為使用利用鈣(Ca)或 裡(Li)進行離子交換之沸石系吸附劑,進而,尤佳為將離 子交換率設為70%以上,且尤佳為將比表面積設為6〇〇 m2/g以上。 於圖3中,冷卻器22係經由切換閥23b而連接於各吸附塔 23之入口 23a。 吸附塔23之入口 23a分別係經由切換閥23c連通於大氣 中。 吸附塔23之出口 23e分別係經由切換閥23f而連接於流出 配管23g ’經由切換閥23h而連接於冷卻、升壓用配管 23i ’經由切換閥23j而連接於洗淨用配管23k。 流出配管23g構成預冷器21之一部分,藉由自流出配管 23g流出之經純化之氬氣而冷卻自PSA單元10送來之氬 氣。經純化之氬氣自流出配管23g經由切換閥231而流出。 冷卻、升壓用配管23i、洗淨用配管23k係經由流量計 23m、流量控制閥23〇、切換閥23η而連接於流出配管23g。 162967.doc 16 201244804 熱交換部24係設為多管式,且包含:包圍構成吸附塔23 之大量之内管之外管24a、冷媒供給源24b、冷媒用散熱器 24c、熱媒供給源24ti、熱媒用散熱器24e。又,設置有用 以切換如下兩個狀態之複數個切換閥24f :使自冷媒供給 源24b供給之冷媒經由外管24a、冷媒用散熱器24c而循環 之狀態、及使自熱媒供給源24d供給之熱媒經由外管24a、 熱媒用散熱器24 e而循環之狀態。進而,由自冷媒用散熱 器24c分支之配管構成冷卻器22之一部分,利用自冷媒供 給源24b供給之冷媒而於冷卻器22中冷卻氬氣,並使該冷 媒回流至槽24笆中。 於圖3所示之TSA單元20之各第1、第2吸附塔23中依序 進行吸附步驟、脫附步驟、洗淨步驟、冷卻步驟、升壓步 即,於TSA單元20中,自.PSA單元10所供給之氬氣於預 冷器21、冷卻器22中冷卻後,經由切換閥23b而導入至第1 吸附塔23中。此時,第1吸附塔23係藉由使冷媒於熱交換 部24中循環而成為冷卻至-l〇°C〜-50°C之狀態,關閉切換閥 23c、23h、23j並打開切換閥23f,使氬氣中含有之至少氮 氣吸附於吸附劑。藉此,於第1吸附塔23中進行吸附步 驟,使雜質之含有率降低之純化氬氣自吸附塔23經由切換 閥231流出,並送至成品槽(省略圖示)。 於在第1吸附塔23中進行吸附步驟期間,於第2吸附塔23 中進行脫附步驟、洗淨步驟、冷卻步驟、升壓步驟。 即於第2吸附塔23中,於吸附步驟結束後,為了實施脫 162967.doc 17 201244804 附步驟而關閉切換閥23b、23f並打開切換閥23c »藉此於 第2吸附塔23中,包含雜質之氬氣排放至大氣中,壓力大 致降低至大氣壓為止。於該脫附步驟中,於第2吸附塔23 中將吸附步驟時使冷媒循環之熱交換部24之切換閥24f切 換成閉狀態而停止冷媒之循環,將自熱交換部24抽出冷媒 並送回至冷媒供給源24b之切換閥24f切換成開狀態》 繼而,為了於第2吸附塔23中實施洗淨步驟,將第2吸附 塔23之切換閥23c、23j與洗淨用配管23k之切換閥23η設為 開狀態,將熱交換型預冷器21中之藉由熱交換而加熱之純 化氬氣之一部分經由洗淨用配管23k而導入至第2吸附塔23 中。藉此,於第2吸附塔23中實施雜質自吸附劑之脫附與 利用純化氬氣之洗淨,且將該洗淨所使用之氬氣與雜質自 切換閥23c—併排放至大氣中。於該洗淨步驟中,將用以 使熱媒於第2吸附塔23中循環之熱交換部24之切換閥24f切 換成開狀態。 繼而’為了於第2吸附塔23中實施冷卻步驟,將第2吸附 塔23之切換閥23j與洗淨用配管23k之切換閥23η設為閉狀 態,將第2吸附塔23之切換閥23h與冷卻、升壓用配管23 i 之切換閥23η設為開狀態,將自第1吸附塔23流出之純化氬 氣之一部分經由冷卻、升壓用配管23i而導入至第2吸附塔 23中。藉此,於第2吸附塔23内冷卻之純化氬氣經由切換 閥23c而排放至大氣中。於該冷卻步驟中,將用以使熱媒 循環之切換閥24f切換成閉狀態而停止熱媒循環,將自熱 交換部24抽出熱媒並送回至熱媒供給源24d之切換閥24f切 I62967.doc 201244804 換成開狀態。於熱媒之抽出結束後,將用以使冷媒於第2 吸附塔23中循環之熱交換部24之切換閥24f切換成開狀態 而設為冷媒循環狀態。該冷媒循環狀態持續至下一升壓步 驟、及繼其之後之吸附步驟之結束為止》 繼而,為了於第2吸附塔23中實施升壓步驟,藉由關閉 第2吸附塔23之切換閥23c,並導入自第1吸附塔23流出之 純化氬氣之一部分而使第2吸附塔23之内部升壓。該升壓 步驟持續直至第2吸附塔23之内壓與第1吸附塔23之内壓大 致相等為止。若升壓步驟結束,則關閉第2吸附塔23之切 換閥23h與冷卻、升壓用配管23i之切換閥23η,藉此,第2 吸附塔23之所有切換閥23b、23c、23f、23h、23j成為關閉 之狀態’第2吸附塔23在下一之吸附步驟之前成為待機狀 態。 與第1吸附塔23之吸附步驟同樣地實施第2吸附塔23之吸 附步驟。於在第2吸附塔23中進行吸附步驟期間,於第1吸 附塔23中與第2吸附塔23中同樣地進行脫附步驟、洗淨步 驟、冷卻步驟、升壓步驟。 再者’ TSA單元20並不限定於圖3所示者,例如塔數亦 可為2以上,例如3或4。 根據上述純化裝置α’於將至少含有氧氣、氫氣、一氧 化碳、烴及氮氣作為雜質之氬氣回收並純化時,判定氯氣 中之氧氣量是否超過與氬氣中之全部氫氣、一氧化碳、及 煙反應所必需之氧氣之設定量,於該氧氣量為上述設定量 以下之情形時以超過設定量之方式添加氧氣,然後使用觸 162967.doc 201244804 媒使氬氣中之一氧化碳、氫氣、及烴與氧氣反應藉此於 殘留氧氣之狀態下生成二氧化碳與水。藉此,氬氣中之主 要雜質成為二氧化碳、水、氧氣'及氮氣。繼而,藉由使 氬氣與金屬接觸而使該金屬與氬氣中之氧氣反應並生成金 屬氧化物。藉此,殘留於氬氣中之氧氣係藉由用於氧化金 屬而被去除,氬氣之主要雜質成為水、二氧化碳及氮氣。 繼而,利用變壓式吸附法使氬氣中之二氧化碳、水、及氮 氣吸附於吸附劑,然後,利用_10t〜_50t:T之變溫式吸附 法使氬氣中之氮氣吸附於吸附劑。即,可防止於吸附處理 之預處理之階段中於氬氣中殘留氧氣、氫氣、一氧化碳、 烴。因此,於吸附劑之再生時無需使一氧化碳脫離,故而 可降低再生能量,又,無需利用變溫式吸附法吸附氧氣’ 故而可降低吸附處理時之冷卻能量。又,可藉由將沸石用 作PSA單元1〇中之吸附劑而提高氮氣之吸附效果,故而可 降低TSA單元20中之氮氣之吸附負荷,且高純度地純化回 收之氬氣。進而,可藉由將活性氧化鋁與沸石用作pSA單 元10中之吸附劑而進一步提高氮氣之吸附效果,故而可進 一步降低TSA單元20中之氮氣之吸附負荷。 進而’根據上述純化裝置α,藉由使氬氣通過活性碳吸 附塔3,可於第i反應器5a中之使用觸媒之反應前使氬氣中 之煙之一部分與油分吸附於活性碳中。藉此,於氬氣含有 油刀之情形時’可利用活性碳吸附該油分,進而,可利用 活性碳吸附源自油分之烴之一部分,尤其是可利用活性碳 有效地吸附碳數為1〜5以外之烴》因此,藉由減少氬氣中 I62967.doc -20· 201244804 之烴量,可減少由烴與氧氣之反應所生成之水與二氧化 碳,並減輕其後之吸附裝置9中之吸附負荷。 作為變形例,亦可自純化裝置α去除TSA單元2〇。於該 情形時,進行利用變壓式吸附法之吸附,但不進行利用變 溫式吸附法之吸附。於如上所述未使用TSA單元2〇而純化 回收之氬氣之情形時’ & 了提高利用變壓式吸附法之氮氣 之吸附效果,較佳為將活性氧化鋁及沸石用作利用變壓式 吸附法之吸附時所使用之吸附劑。進而,為了提高利用變 壓式吸附法之氮氣之吸附效果,較佳為使用如圖4所示之4 塔式PSA單元1〇’來代替圖2所示之2塔式pSA單元1〇。 圖4所不之4塔式PSA單元1〇·具有:壓縮自第2反應器5b 流出之風氣之壓縮機12'、及4個第1〜第4吸附塔13'。各吸 附塔13’中填充有與於2塔式PSA單元1〇中所使用之填充劑 相同之吸附劑。 於圖4中,壓縮機12'係經由切換閥丨3b,而連接於各吸附 塔13’之入口 13a·。 吸附塔13'之入口 13a’分別係經由切換閥13e•及消音器 13f而連接於大氣中。 吸附塔13’之出口 13k’分別係經由切換閥131,而連接於流 出配管13m’,經由切換閥13n’而連接於升壓配管13〇',經 由切換閥13ρ'而連接於均壓、洗淨出料側配管1,經由 切換閥13r'而連接於均壓、洗淨入料側配管13 s,。 流出配管13m·係經由壓力調節閥13t,而連接於成品槽。 升魔配管13〇係經由流量控制閥13 u’、流量指示調節計 162967.doc 21 201244804 13V而連接於流出配管13m' ’藉由將升壓配管13〇'中之流 量調節為一定而防止導入至成品槽之氬氣之流量變動。 均壓、洗淨出料側配管13q·與均壓、洗淨入料側配管 13s’係經由一對連接配管13 w·而相互連接,於各連接配管 13w·上設置有切換閥Ι3χ·。 於圖4所示之PSA單元10,之各第1〜第4吸附塔13,中依序 進行吸附步驟 '減壓I步驟(放出洗淨氣體步驟)' 減壓 驟(放出均壓氣體步驟)、脫附步驟、洗淨步驟(放入洗淨氣 體步驟)、升壓I步驟(放入均壓氣體步驟)、升壓Π步驟。以 第1吸附塔13·為基準對各步驟進行如下說明。 即,於第1吸附塔13,中僅打開切換閥13b,與切換閥131,, 將自第2反應器5b供給之氬氣自壓縮機12,經由切換閥13b, 而導入至第1吸附塔13’。藉此’於第1吸附塔ΐ3·中藉由使 所導入之氬氣中之至少氮氣、一氧化碳、二氧化碳及水分 吸附於吸附劑而進行吸附步驟,將雜質之含有率降低之氬 氣自第1吸附塔13’經由流出配管I3m·而送至成品槽。此 時’送至流出配管13m’之氬氣之一部分經由升壓配管 Ho·、流量控制閥I3u’而送至另一吸附塔(於本實施形態中 為第2吸附塔13’),於第2吸附塔13,中進行升壓Π步驟。 繼而’關閉第1吸附塔13,之切換閥131),、13Γ,打開切換 閥13ρ·,打開另一吸附塔(於本實施形態中為第4吸附塔13,) 之切換閥13r,並打開切換閥ΐ3χ·之中之丨者。藉此,第1 吸附塔13之上部之雜質含有率相對較少之氬氣經由均壓、 洗淨入料側配管13s,而送至第4吸附塔π,,於第丨吸附塔13, 162967.doc •22· 201244804 中進行減麼I步驟。此時,於第4吸附塔13,中打開切換閥 13e',進行洗淨步驟。 繼而’於打開第1吸附塔13,之切換閥13ρ·與第4吸附塔 13·之切換閥13r,之狀態下,關閉第4吸附塔13•之切換閥 13ef。藉此’於第4吸附塔中進行實施氣體之回收之減 壓II步驟直至第1吸附塔13’與第4吸附塔13'之内部壓力變得 均勻、或大致均勻為止。此時,根據情況亦可兩個切換閥 13x'均打開。 繼而’藉由打開第1吸附塔13,之切換閥13e'並關閉切換 閥13ρ·而進行使雜質自吸附劑脫附之脫附步驟,並將雜質 與氣體一併經由消音器13f,而排放至大氣中。 繼而,打開第1吸附塔13,之切換閥13r,,關閉結束吸附 步驟之狀態之第2吸附塔13,之切換閥13b,、131,,並打開切 換閥13p'。藉此,第2吸附塔π'之上部之雜質含有率相對 較少之氬氣經由均壓、洗淨入料側配管13s’而送至第1吸附 塔13’,於第1吸附塔π·中進行洗淨步驟》於第i吸附塔13, 中用於洗淨步驟之氣醴經由切換閥13e,、消音器13f,而排 放至大氣中。此時’於第2吸附塔13,中進行減壓I步驟。 繼而’藉由於打開第2吸附塔13'之切換閥i3p,與第1吸附 塔13’之切換閥13r,之狀態下關閉第1吸附塔13,之切換間 13e’而進行升壓I步驟。此時,根據情況亦可兩個切換間 13x'均打開❶ 然後,關閉第1吸附塔13’之切換閥13r,。藉此,暫時變 成無步驟之待機狀態《該狀態係持續直至第4吸附塔13,之 162967.doc -23- 201244804 升壓II步驟結束為止。於第4吸附塔13,之升壓結束且將吸 附步驟自第3吸附塔13’切換至第4吸附塔13'時,打開第卜及 附塔之切換閥13η’。藉此,藉由使自處於吸附步驟之另一 吸附塔(於本實施形態中為第4吸附塔13,)送至流出配管 13m之風氣之一部分經由升愿配管13〇’、流量控制閥 而送至第1吸附塔13,,從而於第1吸附塔13'中進行升屋„步 驟。 藉由於各第1~第4吸附塔13,中依序重複進行上述各步 驟’可連續地將雜質含有率降低之氬氣送至成品槽。 [實施例1] 使用上述純化裝置α進行氬氣之純化。 氬氣中作為雜質分別含有:2000莫耳ppm之氡氣、1〇〇〇 莫耳ppm之氫氣、900莫耳ppm之一氧化碳、1〇〇〇莫耳ppm 之氣氣、100莫耳ppm之二氧化破、20莫耳ppm之水分、70 莫耳ppm之作為烴之甲烷、以C1之烴換算計為600莫耳ppm 之C2〜C5之烴、10 g/m3之油分。 將該氬氣於標準狀態下以4.2 L/min之流量導入至活性碳 吸附塔3中《將活性碳吸附塔2設為標稱直徑32 A之管狀, 並填充 1.0 L 之 Japan EnviroChemicals製造之 GX6/8成型 碳。 將自活性碳吸附塔3流出之氬氣導入至第1反應器5a中。 於第1反應器5a中填充氧化鋁擔載之鈀觸媒(NE Chemcat製 造之DASH-220D)50 mL,反應條件係設為溫度300°C、大 氣壓、空間速度5000/h。 162967.doc • 24· 201244804 將自第1反應器5 a流出之氬氣導入至第2反應器5b中。於 第2反應器5b中填充氧化鋁擔載之銅與氧化鋅(利用氬氣稀 釋之5%氫氣於250C下還原Sud-Chemie製造之MDC-3而成 者)50 mL ’反應條件係設為溫度250°C、大氣壓、空間速 度 5000/h。 冷卻自第2反應器5b流出之氬氣,利用吸附裝置7減少其 雜質含有率。 將PSA單元10設為2塔式’將各塔係設為標稱直徑32 A之 管狀,並於各塔中填充1.0 L之LiX型沸石(Tosoh製造之 NSA-700)作為吸附劑^ PSA單元1〇之操作條件係設為吸附 壓力0.8 MPaG、脫附壓力1〇 kPaG,週期時間80 sec/塔, 並實施均壓5 sec。 將TSA單元20設為2塔式,並於各塔中填充丨25 LiCaX 型沸石(水澤化學製造之812B)作為吸附劑。TSA單元2〇之 操作條件係設為吸附壓力〇.8 MPaG、吸附溫度_35。〇、脫 附壓力0.1 MPaG、脫附溫度4〇。〇。 活性碳吸附塔3之出口、PSA單元1〇之出入口、及TSA單 元20之出口中之氬氣之雜質組成如下所示。 •活性碳吸附塔出口 山氧氣:2000莫耳ppm、氫氣:1〇〇〇莫耳ppm、一氧化 碳:9〇0莫耳啊、氮氣:10〇莫耳PPm、二氧化碳:1〇〇莫 耳Ppm、水分:2〇莫耳ppm、甲烧:7〇莫耳咖' c2〜c5 紅· uci烴換算計43G莫耳ppm、油分:未檢測出。 • PSA單元入口 162967.doc -25- 201244804 氫氣:0.5莫耳ppm、氧氣:〇4莫耳ppm、一氧化碳:未 達1莫耳ppm'二氧化碳:15〇〇莫耳ppm、氮氣:1〇〇〇莫耳
Ppm、水分:1500莫耳ppm、烴、油分:未檢測出。 • PSA單元出口 氫氣·· 0·5莫耳ppm、氧氣:〇 3莫耳ppm、一氧化碳:未 達1莫耳ppm、二氧化碳:未達!莫耳ppm'氮氣:11〇莫耳 PPm、水分:未達i莫耳pprn。 • TSA單元出口 氫氣:0.5莫耳ppm、氧氣:〇 2莫耳ppm、一氧化碳:未 達1莫耳ppm、二氧化碳:未達}莫耳ppm、氮氣:未達1莫 耳ppm、水分:未達i莫耳ppm。 再者’經純化之氬氣中之氧氣濃度係利用Deita ρ公司製 造之微量氧氣濃度計型號DF-150E而測定,一氧化碳及二 氧化碳之濃度係使用島津製作所製造之GC-FID(Gas
Chromatography-Flame Ionization Detector,氣相層析儀· 火焰游離偵測器)經由甲烷化器(Methanizer)而測定。關於 氣氣濃度係使用GL science公司製造之GC-PID(Gas Chromatography-Photo Ionization Detector,氣相層析儀- 光游離傾測器)而測定,烴係使用島津製作所製造之GC_ FID而測定’關於油分係根據CKD製造之過濾器VFA1000 之過遽'量之增量而計算,水分係使用露點計而測定。 [實施例2] 除將對第1反應器5a之氬氣流量設為空間速度2500/h以 外’以與實施例1相同之方式純化氩氣。該經純化之氬氣 162967.doc • 26 · 201244804 於TS A單元20之出口中之雜質組成如下所示。 氫氣:0.2莫耳ppm、氧氣:〇」莫耳ppm、—氧化碳·未 達1莫耳ppm、二氧化碳:未達!莫耳ppm、氮氣:未達1莫 耳PPm、水分:未達1莫耳ppm。 [實施例3] 純化對象之氬氣中作為雜質分別含有:20莫耳ppm之氧 氣、1000莫耳PPm之氫氣、900莫耳ppm之一氧化碳、100 莫耳ppm之氮氣、1〇〇莫耳ppm之二氧化碳、2〇莫耳之 水分、70莫耳ppm之作為烴之甲烷、以C1之烴換算計為 6〇〇莫耳ppm之C2〜C5之烴、1〇 g/m3之油分》於對第i反應 器5&之導入前於氬氣中添加氧氣2000莫耳ppm。此外以與 實施例1相同之方式純化氬氣。該經純化之氬氣於TSA單 元20之出口中之雜質組成如下所示。 氫氣:0.3莫耳ppm、氧氣:〇.2莫耳ppm、一氧化碳:未 達1莫耳ppm、二氧化碳:未達1莫耳ppm、氮氣:未達1莫 耳ppm、水分:未達1莫耳ppm。 [實施例4] 使用上述純化裝置α進行氬氣之純化。 氬氣中作為雜質分別含有·· 2000莫耳ppm之氧氣、1〇〇〇 莫耳ppm之氫氣、900莫耳ppm之一氧化碳、1〇〇〇莫耳ppm 之氮氣、100莫耳ppm之二氧化碳、2〇莫耳ppm之水分、7〇 莫耳ppm之作為烴之甲烷、以C1之烴換算計為6〇0莫耳ppm 之C 2〜C 5之煙、1 〇 g/m 3之油分。 將該氬氣於標準狀態下以4.2 L/min之流量導入至活性碳 162967.doc -27- 201244804 吸附塔3中。將活性碳吸附塔2設為標稱直徑32 A之管狀並 填充 1.0 L之 Japan EnviroChemicals製造之 GX6/8成型碳。 將自活性碳吸附塔3流出之氬氣導入至第1反應器5a中。 於第1反應器5a中填充氧化鋁擔載之鈀觸媒(NE_chemcat製 造之DASH-220D)50 mL,反應條件係設為溫度3〇〇°C、大 氣壓、空間速度5000/h » 將自第1反應器5a流出之氬氣導入至第2反應器5b中。於 第2反應器5b中填充氧化鋁擔載之銅與氧化鋅(利用氬氣稀 釋之5°/。氫氣於250。(:下還原SUD-Chemie製造之MDC-3而成 者)50 mL ’反應條件係設為溫度25〇。(:、大氣壓、空間速 度5000/h。 冷卻自第2反應器5b流出之氬氣,利用吸附裝置7減少其 雜質含有率。 將PSA單元1〇設為2塔式,將各塔設為標稱直徑32 a之管 狀’並於各塔中填充0.9 L之LiX型沸石(Tosoh製造之NSA-7〇〇)、0·1 L活性氧化鋁(住友化學公司製造之khD-12)作為 吸附劑。於各塔中使UX型沸石與活性氧化鋁積層,將活 性氧化鋁填充於入口側,將Lix型沸石填充於出口側。除 此以外係設為與實施例1相同。 PSA單元1〇之出入口、及tsa單元20之出口中之氬氣之 雜質組成如下所示。 • PSA單元入口 氫氣:0.5莫耳ppm、氧氣:〇4莫耳ppm、一氧化碳:未 達1莫耳ppm、二氧化碳:1500莫耳ppm、氮氣:1〇〇〇莫耳 162967.doc -28- 201244804 PPm、水分.15GG莫耳ppm、烴及油分:未檢測出。 • PSA單元出口 氫氣:〇.5莫耳ppm、氧氣:0.3莫耳ppm、一氧化碳.未 達1莫耳PPm、二氧化碳:未達1莫耳啊、氮氣:1>4莫耳 Ppm、水分:未達!莫耳ppme 、 • TSA單元出口 氮氣:〇·5莫耳ppm、氧氣:〇 3莫耳ppm、一氧化碳:未 達1莫耳PPm、二氧化碳:未達丨莫耳ppm '氮氣:未達1莫 耳ppm、水分:未達!莫耳ppm。 [實施例5] 將PSA單7C10’設為4塔式,並將各塔設為標稱直徑32 a 之管狀》於各塔中填充i.O L之Lix型沸石、〇〇5 L活性氧 化鋁作為吸附劑。於各塔中使Lix型沸石與活性氧化鋁積 層,將活性氧化鋁填充於入口側,將Lix型沸石填充於出 口側。PSA單元1〇’之操作條件係設為吸附壓力〇 8 MPaG、 脫附塵力10 kPaG、週期時間10〇 sec/塔,並實施洗淨10 sec、均壓5 sec。又’未使用TSA單元2〇〇除此以外係設 為與實施例4相同。 PS A單元1〇之出入口中之氬氣之雜質組成如下所示。 • PSA單元入口 氫氣’ 0.5莫耳ppm、氧氣:〇·4莫耳ppm、一氧化破.未 達1莫耳ppm、二氧化碳:15〇〇莫耳ρριη、氮氣:1〇〇〇莫耳 ppm、水分:1500莫耳ppm、烴及油分·未檢測出。 • PSA單元出口 162967.doc -29- 201244804 氫氣:0.5莫耳ppm、氧氣:0.3莫耳ppm、一氧化碳:未 達1莫耳ppm、二氧化碳:未達1莫耳ρριη、氮氣:1.2莫耳 PPm、水分:未達1莫耳ppm。 根據上述各實施例,可確認可高純度地純化回收之氬 氣。 本發明並不限定於上述實施形態或實施例。例如,氬氣 之回收所使用之機器並不限定於油旋轉真空泵之類之使用 油之機器,亦可使用無油真空泵之類之未使用油之泵。於 該情形時,亦可去除純化裝置α中之活性碳吸附塔3且不使 氬氣中之烴之一部分與油分吸附於活性碳中,進行純化對 象之氬氣中之氧氣量是否超過與該氬氣中之所有氫氣、一 氧化碳、及烴反應所必需之氧氣之設定量的判定。 【圖式簡單說明】 圖1係本發明之實施形態之氬氣之純化裝置之構成說明 圖。 圖2係本發明之實施形態之氬氣之純化裝置中之2塔式 PSA單元之構成說明圖。 圖3係本發明之實施形態之氬氣之純化裝置中之Tsa單 元之構成說明圖。 圓4係本發明之變形例之4塔式PSA單元之構成說明圖。 【主要元件符號說明】 1 氬氣供給源 2 過濾器 3 活性碳吸附塔 162967.doc -30· 201244804 4 加熱器 5 反應裝置 5a 第1反應器 5b 第2反應器 6 冷卻器 7 吸附裝置 8 氧氣供給器 10 PSA單元 10, PSA單元 12 壓縮機 12' 壓縮機 13 第1、第2吸附塔 13' 第1〜第4吸附塔 13a 吸附塔之入口 13a' 吸附塔之入口 13b 切換閥 13b' 切換閥 13c 切換閥 13d 切換閥 13e 消音器 13e' 切換閥 13f 原料配管 13f 消音器 13g 下部均壓配管 162967.doc •31 201244804 13k 吸附塔之出口 13k' 吸附塔之出口 131 切換閥 131, 切換閥 13m 切換閥 13m' 流出配管 13n 切換閥 13n, 切換閥 13o 流出配管 13o' 升壓配管 13p 洗淨配管 13p' 切換閥 13q 上部均壓配管 13q, 均壓、洗淨出料側配管 13r 止回閥 13r' 切換閥 13s 切換閥 13s, 均壓、洗淨入料側配管 13t' 壓力調節閥 13u 流量控制閥 13u' 流量控制閥 13v 流量指不調郎計 13v, 流量指示調節計 13w' 連接配管 ·32· 162967.doc 201244804 13x' 切換閥 14 均壓槽 14a 壓力調節閥 15 貯存槽 15a 出口配管 20 TSA單元 21 熱交換型預冷器 22 熱交換型冷卻器 23 第1、第2吸附塔 23a 吸附塔之入口 23b 切換閥 23c 切換閥 23e 吸附塔之出口 23f 切換閥 23g 流出配管 23h 切換閥 23i 冷卻、升壓用配管 23j 切換閥 23k 洗淨用配管 231 切換閥 23m 流量計 23n 切換閥 23o 流量控制閥 24 熱交換部 162967.doc -33- 201244804 24a 24b 24c 24d 24e 24f 24g a 外管 冷媒供給源 冷媒用散熱器 熱媒供給源 熱媒用散熱器 切換閥 槽 純化裝置 162967.doc -34-

Claims (1)

  1. 201244804 七、申請專利範圍: 1 · 種氬氣之純化方法,其係純化至少含有氧氣、氫氣、 一氧化碳、烴及氮氣作為雜質之氬氣之方法;並且 判疋上述氬氣中之氧氣量是否超過與上述氬氣中之所 有氫氣、一氧化碳、及烴反應所必需之氧氣之設定量; 於上述氬氣中之氧氣量為上述設定量以下之情形時, 以超過上述設定量之方式添加氧氣; 繼而,使用觸媒使上述氬氣中之一氧化碳、氫氣、及 烴與氧氣反應,藉此於殘留氧氣之狀態下生成二氧化碳 與水; -繼而,使上述氬氣與金屬接觸,藉此使上述氬氣中之 氧氣與上述金屬反應而生成金屬氧化物; 繼而,利用變壓式吸附法使上述氬氣中之二氧化碳、 水、及氮氣吸附於吸附劑。 2.如請求項1之氬氣之純化方法,其中上述氬氣含有油分 作為雜質; 於上述使用觸媒之反應前,使上述氬氣中之烴之一部 分與油分吸附於活性碳中; 然後,進行上述氬氣中之氧氣量是否超過與上述氬氣 中之所有氫氣、-氧化碳、及烴反應所必需之氧氣之設 定量的上述判定。 如凊长項1或2之氬氣之純化方法,其使用除形成金屬羰 基化合物之金屬以外之金屬作為上述金屬。 4.如請求項3之氣氣之純化方法,其中上述金屬為銅、 162967.doc 201244804 鋅、或該等之混合物。 5. 如請求項1或2之氬氣之純化方法,其於上述利用變壓式 吸附法之吸附後,利用-i〇°c — 50°C下之變溫式吸附法使 殘留於上述氬氣中之氮氣吸附於吸附劑。 6. 如請求項1或2之氬氣之純化方法,其於上述利用變壓式 吸附法之吸附時,使用沸石及活性氧化鋁作為上述吸附 劑。 7. 一種氬氣之純化裝置,其特徵在於:其係純化至少含有 氧氣 '氫氣、一氧化碳、烴及氮氣作為雜質之氬氣之裝 置;且其具備: 第1反應器’其導入上述氬氣; 第2反應器,其導入自上述第丨反應器流出之氬氣;及 吸附裝置,其導入自上述第2反應器流出之氬氣;並且 於上述第1反應器中收容有使上述氬氣中之一氧化 碳、氫氣、及烴與氧氣反應之觸媒; 於上述第2反應器中收容有藉由與上述氬氣中之氧氣 之反應而生成金屬氧化物之金屬;且 上述吸附裝置具有利用變壓式吸附法吸附上述氬氣中 之二氧化碳、水、及氮氣之PSA單元。 8. 如請求項7之氬氣之純化裝置,其具備對導入至上述第1 反應器之氬氣添加氧氣之氧氣供給器。 9. 如請求項7或8之氬氣之純化裝置,其具備導入上述氬氣 之吸附塔; 於上述吸附塔中收容有吸附上述氬氣中之烴之一部分 162967.doc -2· 201244804 與油分之活性碳;且 自上述吸附塔流出之上述氬氣被導入至上述第1反應 器中。 10.如請求項7或8之氬氣之純化裝置,其中上述吸附裝置具 有利用-10T:〜-50。(:下之變溫式吸附法吸附自上述PSA單 元流出之上述氬氣中之氮氣的TSA單元。 162967.doc
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