TW495371B - Gas separating purifying method, and its apparatus - Google Patents

Description

495371 體之分離 分離精製 精製之方 製造裝置 專之稀有 製方法及 路、液晶 作業中， 由該電漿 裝置、電 裝置等。 置，係在 為氮氣體 體或者是 放電而產 而清洗處 而進行運 等之處理 處理中所 近年來， 氣或。 中之存在 象之基板等 電漿處理之 有氣體發生 於進行處 ，例如藉由 反應之氣 量之氧。 體，向來係 之用途，係 丨丨· 五、發明說明（1) 【技術領域】 本發明係關於一種氣 而言’本發明之氣體之 附加價值之氣體而進行 —種用以對於在半導體 之高附加價值之氪或氙 最適當之氣體之分離精 【背景技術】 、在製造半導體積體電 石兹碟等之半導體製品之 氛中而產生電漿並且藉 ，理之裝置、例如_ ‘ 裝置和反應性離子蝕刻 像前述這樣之處理I 送入至處理室内時而成 曰守間點而僅流動稀有氣 反應之氣體，藉由高頻 理’接著’流動氮氣， 所謂取出基板之方法， 體，係在例如電漿氧化 作為在像前述這樣之 主要使用氬，但是，在 庄思到離子化電位低之 由於氪或氙、其空氣 精製方法及其裴置；詳細 方法及其I置’係回收高 法及其裝置，特別是關於 等之所使用作為氣氛氣體 氣體而進行回收再利用之 其裝置。 面板、太陽能電池面板和 廣泛地使用在稀有氣體氣 而進行半導體製品之各種 漿CVD (化學氣相沉積） 將成為處理對 氣氛、在進行 流動導致與稀 生電漿，以便 理室内，同時 轉。作為導致 中，添加若干 使用之稀有氣 作為更加高度 比例本身極小並且分離# 第4頁 C:\2D-O0DE\9l-0l\90126088.ptd 495371 五、發明說明（2) -~ - 業j 因此，氪或氙係非常昂貴；在使用像這樣之氣體 之=私中，以回收該使用完畢之氣體而進行精製並且進行 循％ =使用，作為前提，以致於開始具有經濟性。 ^ 成為分離精製對象之稀有氣體之混合氣體，係主 要由稀有氣體和氮氣而組成的，在電漿氧化中，於該混合 氣體，包含若干量之氧。此外，在電漿CVD (化學氣相^冗3 積）’ ^加金屬氫化合物系氣體，在反應性離子蝕刻，追 加鹵化碳系氣體。此外，作為微量之不純物，係也包含水 刀 氧化石厌、一氧化碳、氫和烴類等。 此外’就混合一定量之氧（通常為大約3 0 %左右）而使 用=為麻醉性氣體之用途而言，氙係也受到注目。成為該 ，態下之=離精製對象之混合氣體，係為來自患者之呼/ 氣，除了氙之外而包含氧、氮、二氧化碳和水分等之混合 氣體。在該狀態下，為了再利用氙，因此，必須除去該^ 合氣體中之氮或二氧化碳等。 有關於藉由壓力變動式吸附分離（PSA )製程而由混合 氣體回收及精製特定成分之先前技術，例如在文獻 「Pressure Swing Adsorption (壓力變動式吸附）， 1994 VCH Publishers Inc (VCH 出版公司）·，Ε).Μ· Ruthven，S· Farooq，Κ· S· Knaebel 共著」之6 章中，涵蓋 廣範圍，進行解說。 在前述文獻之第6 · 5節，解說由各種之混合氣體而進行 回收及精製之4塔式PSA製程。該氫PSA製程，係利用所謂 氫比起混合氣體中之其他成分而更加顯著地不容易吸附之

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性質。在前述文獻之表6·2中，記載4塔式氫 之試驗條件和性能資料。揭示如果藉由該4塔式氫二二 糸統㈣，則，習知之氫PSA製程而企圖得到高達99·9% 以上之製品j氫）濃度之時，氫回收率係未滿8〇 %。 t :卜=W述文獻之第6· 6節，解說由燃燒性排氣而對 於峽酸氣體進行回收及精製之4塔式PSA製程。在前述 之表6· 4中，記載由燃燒性排氣而對於碳酸氣體進行回收 及精製之PSA製程之性能資料。揭示如果藉由該4塔式psA 製程的話，則在習知之碳酸氣體pSA製程成為純度比較 之大約%左右之製品濃度之時，碳酸氣體之回收率，即 使是在咼回收率之狀態下，也不過是大約7 2 %左右。' 此=，在前述文獻之第67節，解說由在掩埋地之所產 生之氣體而進行回收甲烷之pSA製程。揭示如果藉由該 製程的話，則企圖在習知之曱烷回收用pSA製程中而得到 9 0 %以上之回收率之時，製品中之曱烷濃度係為8 9 % & 另一方，’日本專利特開平6_1 8 21 33號公報，係揭示稀 有氣體之咼成品率之回收精製方法及其裝置。該發明係〜有 關於氦之回收精製之發明；向來在原料氣體中，混合來自 廢棄之PSA製程中之排氣，進行再循環，同時，回收氦， 因此三得到高良品率。但是，在該發明中，由於成為原料 混合氣體之分批式處理，因此，無法進行連續之原料混人 氣體之處理。 ° 此外’日本專利特開平1 0 - 2 7 3 3 0 7號公報，揭示··「4 由利用清洗用氣體，而對於處理室，進行清洗處理，並

五、發明說明（4) 且，藉由像前述這樣， 之氣體狀流出物，以便成含有稀有氣體和清洗用氣體 收。清洗用氣體係最好由£ 了 f，用二而由處理室進行回 藉由膜分•、凝縮、：：原：；煙中：選擇！來的。最好 合，而由产丨^ ν 、吸收、結日日化或别述這些之組 口 7由桃出物，分離稀有氣體之流動。」。 勺豨：f i利特開平ιι_ΐ 578 1 4號公報，揭示有關於 有：體使用設備之所排出之稀有氣體之排氣對於 回收糸統之放入及排出之切換操作之方法。但是，在本發 ，中’有關於進行回收後之精製方法，係僅不過是揭示： 能夠使用吸附式或膜分離方式等’但是，最好是使用 鈦釩、錯、鎳等之金屬或合金之吸氣（getter)式精製 裝置。」。 广在日本專利特開20 0 0- 1 7 1 589號公報，作為放射性稀有 氣體之回收方法，係揭示使用天然沸石之氪/氙之回收 法。但是’在本發明中，揭示氦氣體中之稀有氣體之吸附 蓋’然而’就其他之脫附、回收和再使用而言，則並無揭 示。 曰本專利特開20〇〇-2631 9號公報，係揭示藉由PSA製程 而由聚烯烴用製造裝置之廢氣（of f-gas )回收低級烴類 之方法。在該發明中，為了得到高良品率，因此，進行在 原料氣體中而混合清洗過之排氣之再循環操作。但是，如 果藉由該發明之實施形態的話，低級烴類濃度9 9. 9 %時之 回收率係為大約9 〇 %左右，而有1 〇 %未回收。

C:\2D-CODE\91-0l\90l26088.ptd 第7頁 五、發明說明（5) 像。述^樣，Ϊ來’還並無藉由PSA製程而以高純度、 v /°以上之阿回收率呈連續地回收混合氣體中之特定 、1之方法及其裝置。此外，有關於氪和氙之所公佈之吸 附貢料係非常少。例如在Journal 〇f Colloid and Interface SCience (膠體和界面科學雜誌），v〇1.29， =· 1’ January 1 9 6 9 ( i 969年丨月），記載氪對於活性碳和 /石5 A之2 5 C下之吸附資料。在根據該吸附資料之時，可 ，得t丄比起沸石5A，活性碳系吸附劑之吸附量係比較 =^ :、、回收易吸附成分而成為高純度製品之方法，係揭 不例如日本專利特開平3 - 1 2 2 1 2號公報中；在這裡，記 ΐ二:!：洗淨—脫附之3個作業作為主要作業而由空氣^ 離及回收氮之方法。 山在根本地考量有關於前述氪之吸附資料之時，由於活性 對於成為不純物成分之氮吸附量，具有相當 3二 =:方此广考= 方法中，於制。」去。仁疋，由於在本公報之所記載之 ;衣口口之兩純度化上，使用大量之洗淨用氣體， 因此」^去期待得到製品之高回收率。 乳體 氣ϊ ί ΐ Ϊ中在f知之方法中’於處理例如氪、氙之稀有 轧體之糸、，先中，並不容地提高其經

Si:;::導體製造裝置等之處理室内進行Si疋; =體中之所包含之稀有氣體，正如前面所敛=:; ^ 就由該稀有氣體之含有濃度為大約2 5〜 第8頁 \\312\2d-code\91-01\90l26088.ptd 495371

7 5 %之混合氣體而分離及精制义 有附加價值之稀有氣體而士衣刖迷稀有氣體以便於回收具 習知技術，並無法解決前^ ’ f提出作為先前技術之前述 閱旅。 ]通 以致於等待新的技術之 氣體而 有所謂 有所謂 稀有氣 收率、 進行回 的，係 氣體之 作為原 製局附 導體製造裝置等 作為氣 氣氛氣 無法由 體，藉 甚至更 收之問 提供一 所使用 料氣體 加價值 像前述這樣，在 氙等之高附加價值之 出至.夕卜部，因此，會 問題發生。此外，會 回收該高附加價值之 度且95%以上之高回 之高回收率，連續地 因此，本發明之目 體製造裝置等之氣氛 值氣體之混合氣體而 而效率良好地回收精 方法及其裝置。 【發明之揭示】 於便用ML氧 氛氣體之後，接著，釋 體之成本顯著地變高之 半導體裝置之處理室， 由PjA製程，而以高純 加高度技術之9 9%以上 題發生。 種能夠以包含作為半導 之氪或氙等之高附加價 ί i可以藉由psa製程、 乳體之氣體之分離精製 本發明之氣體之分離精製方法’係藉由壓 分離法而對^以包含高附加價值氣體之混合ς1式吸附 氣體之前述南附加價值氣體進行分離精製者，1 ^為原料 壓力變動式吸附分離法，係藉由組合根據平^，為前述 而分離氣體成分之平衡型壓力變動式吸附分離ς吸附量差 附式速度差而分離氣體成分之速度型壓力變根據$ 法，以便對於前述高附加價值氣體，進行分離^ ^附分離

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發明說明（8) 五 由$述平衡型壓力變動式吸附分離法， 力k動式吸附分離法中之前述難吸附成 和難吸附成分，並且，採取該平衡型壓 去中之前述易吸附成分以作為製品氣體 度型壓力變動式吸附分離法中，進行循 型壓力變動式吸附分離法中之前述難吸 ，此外’本發明之氣體之分離精製方法 型壓力變動式吸附分離法，以分離前述 f為易吸附成分和難吸附成分，並且， ^動式吸附分離法中之前述難吸附成分 吩，混合該平衡型壓力變動式吸附分離 成分和前述原料氣體，藉由前述速度型 離法，以分離前述原料氣體之殘餘部成 吸附成分，並且，採取該速度型壓力變 之前述難吸附成分以作為製品氣體，同 壓力變動式吸附分離法中之前述易吸附 體。特別是對於前述原料氣體，進行升 前述平衡型壓力變勳式吸附分離法和前 式吸附分離法中，炎且，混合前述平衡 分離法中之前述易吸附成分和前述速度 分離法中之前述易吸附成分以及升壓前 本發明之氣體之分離精製裝置，係藉 分離裝置而對於以包含高附加價值氣體 料氣體之前述高附加價值氣體進行分離 以分離该 分成為易 力變動式 。特別是 環再分離 附成分。 ’係藉由 原料氣體 釋出該平 以作為排 法中之前 壓力變動 為易吸附 動式吸附 時，混合 成分和前 壓，以分 述速度型 型壓力變 型壓力變 之原料氣 由壓力變 之混合氣 精製者， 速度型壓 吸附成分 吸附分離 在前述速 前述平衡 前述平衡 之一部分 衡型壓力 氣，同 述易吸附 式吸附分 成分和難 分離法中 該速度型 述原料氣 別供應至 壓力變動 動式吸附 動式吸附 體。 動式吸附 體作為原 其作為前

\\312\2d-code\9l-01\90126088.ptd 第11頁 五、發明說明（9) 述壓力變動式吸附分離裝置 而勿離氣體成分之平衡型壓 吸附式速度差而分離氣體成 離裝置。 此外，本發明之氣體之分 壓力變動式吸附分離裝置作 動式吸附分離裝置作為後段 前段之前述平衡型壓力變動 出作為排氣之該平衡型壓力 附成分的通路、以及用以將 裝置中之易吸附成分導入至 吸附分離裝置中的通路，在 吸附分離裝置，設置用以導 力變動式吸附分離裝置中之 將該速度型壓力變動式吸附 至前段之前述平衡型壓力變 供應用部位中的通路。 此外，本發明之氣體之分 原料氣體呈分又而分別供應 分離裝置和前述速度型壓力 路、在供應至前述速度型壓 氣體中而混合前述平衡型壓 吸附成分的通路、及在供應 分離裝置之原料氣體中而混 ’係具有根據平衡式吸附量差 力變動式吸附分離裝置和根據 分之速度型壓力變動式吸附分 離精製裝置，係以前述平衡型 為前段’以前述速度型壓力變 ’而呈串聯地組合，同時，在 式吸附分離裝置，設置用以導 變動式吸附分離裝置中之難吸 該平衡型壓力變動式吸附分離 後段之前述速度型壓力變動式 後段之前述速度型壓力變動式 出作為製品氣體之該速度型壓 難吸附成分的通路、以及用以 分離裝置中之易吸附成分循環 動式吸附分離裝置之原料氣體 離精製裝置，係具有使得前述 至前述平衡型壓力變動式吸附 變動式吸附分離裝置中的通 力變動式吸附分離裝置之原料 力變動式吸附分離裝置中之易 至前述平衡型壓力變動式吸附 合前述速度型壓力變動式吸附

495371 五、發明說明（]〇) 分5夕裝置J之易吸附成分的通路。 性：1皂刖述平衡型壓力變動式吸附分離裝置，係使用活 係接m μ、=附劑。前述速度型壓力變動式吸附分離裝置， 值气雕a—型沸石或碳分子篩作為吸附劑。前述高附加價 值氧肢三係為氪或氙中之至少一種。 嗖率f f:本發明的話，由於能夠以高純度、冑回收率而 為氣^ $雜回收由使用例如氪或氙之高附加價值之氣體作 高附：：：ϋ導體製造裝置等之所排出之混合氣體中之 等之氣氛氣體之成：此，可以顯著地減低半導體製造裝置 【發明之最佳實施形態】 統『係顯示本發明之氣體分離精製裝置之第！形態例之系 之ΪΪ體2精製裝置’係用以回收作為高附加價值氣體 根ϋ;:進行ί離精製；該氣體分離精製襄置，係且有 < 衡式吸附量差而分離氣體成分之平 和根據吸附式速度差而分離氣體 度I £力^:動式吸附分離裝置2 〇。 ^述平衡型壓力變動式吸附分離裝置丨〇，係具 、稷數，之吸附筒lla、llb，填充以氪或氙作為易吸 刀，=氮作為難吸附成分之吸附劑、例如活性碳；、 以機12，用以壓縮原料氣體，成為規定之吸附壓力； 稷數個閥，設置在規定之位置上，用以在吸附作業和再 第13頁 C:\2D-CODE\91-01\90126088.ptd >5371 五、發明說明（11) 生作業而切換前述吸附筒11 a、1 1 b。 此外，前述速度型壓力變動式吸附分離裝置2 0，係具 有： 複數個之吸附筒2 1 a、2 1 b，填充以氪或氙作為難吸附成/ 分而以氮作為易吸附成分之吸附劑、例如Na-A型沸石或礙 分子篩； 、 壓縮機2 2，用以供應導入狀氣體；以及 閥，分別設置在規定之位置上，用以在吸附作業和再生 作業而切換前述吸附筒2 1 a、2 1 b。 在這裡，就藉由分別使用氪和氮之混合氣體作為原料氣 體、使用活性碳作為平衡型壓力變動式吸附分離裝 吸附劑以及使用Na-A型滞石 ^ 離裝置20之吸附劑以# #八# i又主&刀又勡式吸附分 氮之順序，進行丄便：;卜離，料氣體中之氮和氮而精製 離裝置1〇和速度型麗力^卜二在平衡型壓力變動式吸附分 中，首先，吸附筒lla^吸附分離裝置20之兩個裝置 首先，在平衡型壓二刀別進行吸附作業。 體導入用通路3 1而導入^ 1吸附分離裝置1 0，由原料氣 力之原料氣體，係通過;:口 =壓縮機13而升壓至-定壓 填充於吸附筒11 a、i J b a，而流入至吸附筒11 β。 線（溫度298Κ )所領示/衩，係正如圖2之吸附等溫 更加不容易吸附氮”(、Ν、）二f氪（Kr)或山气（Xe)，還 中之原料氣體中之易;附成為流入至吸附筒Ua 附，並且，成為不容易 =，係優先被活性碳所吸 附之難吸附成分之氮，係由吸附 \\312\2d-code\91-01\90126088.ptd 第14頁 --- 五、發明說明（12) la之出口端開始，通過出口閥i4a，而釋出至一次排氣 生竹3通路32 °在這期間，另一邊之吸附筒1 1 b係進行再 厭七二而由再生閥1 5 b，釋出吸附狀氣體，流入速度型 二力，動式吸附分離裝置2〇之塵縮機22之吸入部位（一次 ^位）通路3 3。 外」在切換吸附作業和再生作業之時，相同於一般之 狄Ί 7衣私，可以進行該使用具有均壓閥1 6a、1 6b之均壓通 之均壓刼作或者是在再生作業時而由 清洗用氣體之清洗再生摔作。 丨伹¥入 “ = = 内之活性碳之氮吸附量達到限度而由 . ^ 8 5b，進行切換、打開及關閉，切換雨 ^吸附同1 1 a、1 1 b之作業’使得吸附筒J工a成為在再生作 業’吸附筒1 1 b成為在吸附作業。 乍 由於在再生作業，對於藉由筒内之壓力呈降低而 活性碳上之氪，進行脫附，因此，在再生作而才在 開始導入至通路33之氣體，係成為濃縮氪之氣Z ::筒 製氣體）。在藉由壓縮機22而將該—次精:升=精 定j力之後，…欠精製氣體係、通過人口閥…、，而升广至-位處在吸附作業中之吸附筒…。此時’可以 ς至 設置用以使得一次精製氣體之濃度 33 ’ 槽。 . 王闩一化之緩衝 填充於吸附筒21a、21b中之Na_A型沸S 4A，正如圖3之吸附等溫線所顯示的，其吸附量斤心弗相石同 第15頁 \\312\2d-code\91-01\90126088.ptd 495371 五、發明說明（13) 於氪（Kr )或氮（M2 )之程度，正如圖4之吸附速度測定 結果所顯示的’比起氮（N2 )，氪（Kr )或氙（Xe )之吸 附速度係比較慢（由於氙之吸附速度係極端地緩慢，因 此，在圖4中’超出欄外。），所以，流入至吸附筒21 a中 之:次精製氣體中之吸附速度快而成為容易吸附之易吸附 成分之氮’係優先被沸石4A所吸附，並且，吸附速度慢而 成為不容易吸附在沸石4A上之難吸附成分之氪，係由吸附 筒21a之出口端開始，通過出口閥24a，而被導出至二次精 製氣，導出用通路34。言亥導出至二次精製氣體導出用通路 34之氣體，，在成為製品氪而暫時地儲存在製品儲存槽π 中之後著’通過製品導出用通路36，而供應至使用部 =。圖4之縱向刻度係表示在某個溫度下之平衡吸 時之吸附可能殘餘量。 1 ~ 你^吸，進行吸附作業之時，吸附筒21b係進行再生 :業。猎由打開再生閥25b，而將吸附 體 壤導出用通路37,以便於進 ：J。 使是在廷裡，在切換吸附作業和再生 一般之PSA製程，可以進杆兮4 m 業之寺也相同於 進仃5亥使用具有均壓闕2 、9 β> 均壓通路27之均壓操作或者是^ ^^26a、2仏之 位導入清洗用氣體之清洗再生：作。"守而由筒出口部 在對於吸附筒21a内之沸石4a\ 筒出口流出氮之前，對於入口閥23 ;里達到限度而由 241^、再生閥253、251)，進扞477格 出口、24β、 個吸附筒21 a、2 1 b之作孝，# β、、打開及關閉，切換兩 之作業’使得吸附筒21a成為在再生作 i C:\2D-CODE\91-01\90126088.ptd 5371 五、發明說明（14) 業，吸附洵21 b成為在吸附作業。 在再生作業，不僅藉由降低筒内之 4A之所脫附之氮，並且，也流出存在於^而釋出由彿^ 體，因此，在藉由該速度型壓力/内之一次精製氣 再生作業而排出之二次排吸附分離裝置2。之 狀態。因此，籍屮$ J、 成為包含相當數量之氪之 队心因此，釋出至二次排氣導出用捅攸Q7々^ 係可以在壓縮機12之一次部位，進行 之:\排氣， 體，藉由利用前述平衡型壓力變動4衣，而混合原料氣 行再分錐，以抽认1 ϋ 式吸附分離裝置10而進 中：【離以便於能夠在一次精製氣體中，回收二次排氣 m在：個壓力變動式吸附分離裝置ι〇、2〇中，於吸 及附筒流出之難吸附成分中之所包含之易吸 ,刀之=又，係具有隨著時間而一起增加之傾向，因 ，可以藉由調整在所決定之吸附作業時間之間而取出之 邮ί ΐ成分之數量，以便於調整在最後成為由二次精製氣 =V出用通路34而採取之製品氪中之所含有之不純物之氮 $，結^，可以考量對於製品氪之所要求之純度和經濟 性’同時’決定吸附作業時間或難吸附成分導出量。 么圖5係顯示本發明之氣體分離精製裝置之第2形態例之系 統圖。此外’在以下之說明中，於相同前述第1形態例構 成要素之構成要素上，附加相同之元件編號，而省略其詳 細之說明。 二本形態例所示之氣體分離精製裝置，係顯示組合相同於 月述第1形態例之平衡型壓力變動式吸附分離裝置丨〇和速

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495371 五、發明說明

度型壓力變動式吸附分離裝置2〇，並且，在速度型壓力變 動式吸附分離裝置20之壓縮機22之一次部位通路33上，設 置原料氣體導入用埤路41之例子。也就是說，組合速度塑 壓力變動式吸附分離裝置20在前段而平衡型壓力變動&吸 附分離裝置1 〇在後段。 I 來自原料氣體導入用通路41之原料氣體，係藉由壓縮機 22，進行壓縮，而導入至速度型壓力變動式吸附分離装置 20中，藉由填充於該速度型壓力變動式吸附分離裝置之 吸附同2 1 a、2 1 b中之沸石4 A，而分離成為難吸附成分 和易吸附成分之氮，並且，#吸附成分之氪係由精賊 導出用通路34a開始，通過製品儲存槽35， γ脱 出用通路36，供應至使用部位。 符田衣口口導 接著，由該速度型壓力變動式吸附分離裝置 一次排氣導出用通路37a之一次排 V出至 進行壓縮，而導入至平衡型壓力變動々 难铖12 ’ , 朴丄士 文勤式及附分離裝詈in 中，精由填充於該平衡型壓力變動式吸附 10 附筒lla、llb中之活性碳，而分離一 ：二0之吸 分之氪和難吸附成分之氮，i且，由排氣釋 ：附成 32a，排出難吸附成分之氮。 、路 另一方面，在平衡型壓力變動式吸附分離裝 作業中而由再生閥15a、15b之所導出之二次^制#再生 在通過通路37b，流至壓縮機22之一今邦# 7衣軋體，係 合由剷述原料氣體導入用通路4 1所導入 ^ 而〜 接著’導入至速度型壓力變動式吸附分妒：：：之後’ 衣罝Ζ ϋ中，進行

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五、發明說明（17) ΐ 乳體’同時，在該壓縮機61之-次部位上，設 入：ΐ::: ’並且’在該緩衝槽62，分別連接原料氣體導 10之2味作蚩用以流動在平衡型壓力變動式吸附分離裝置 壓力出之氣體之通路64和用以流動在速度型 H = 置！0之再生作業而導出之氣體之通 送這此5蝴、此σ坆些氣體之狀態下，由壓縮機6 1而壓 置。—联i ，以便於形成本形態例所示之氣體分離精製裝 =是說’由原料氣體導人用通㈣ ί = 路64、65之所流人之氣體= 離裝置10、20之ΐ 路66，而導入至位處於各個吸附分 個；外， 氣許，在、3、μΪ Μ之再生作業中之吸附筒之所導出之 進行再述通路64、65，在緩衝槽62進行循環，而 以藉由形成像前述這樣，而削減壓縮機之 口8得二示,發明之氣體分離精製裝置之第5形態例之系 货Θ人本开y A例所示之氣體分離精製裝置，係相反 弟形態例，而顯示組合速度型壓力變動式吸附分離、則署L 20在原料氣體供應部位之前段，平 、置 離裝置!。在原料氣體供應部位之後段，同:二=:分 壓力變動式吸附分離裝置10中之易吸附m 口型 例子。 〜v讣马製品之 在本形態例，由原料氣體導入用通路71之所導入之氪和

五、發明說明（18) 成之原料氣體，係在速度型壓力變動式吸 吸附作η使得對於沸石4α成為難吸附成分之氪，於 二附”’由出口閥24a、24b而導出至一次精製氣體通路 亚二將該氣體導人至平衡型壓力變動式吸附分離裝 =10二此％，在吸附作業之所導出之一次精製氣體 由一疋之吸附壓力而進行導出，因此， _ = =娜，就可以導入一次精製氣體至； 動式吸附分離裝置〗0。 土&刀欠 衡型壓力變動式吸附分離裝置10，使得對於活性碳 再I附成分之氪，纟吸附作業，由吸附筒開始，通過 且，# _a/j5b而導出至二次精製氣體導出用通路39，並 使付虱軋體，由製品儲存槽35開始，通過製品導出用 通路36，而供應至使用部位。 、衣口口導出用 附H由由位處在平衡型壓力變動式吸附分離裝置10之吸 導：附筒而導出之氣體，係由出口閥“a、14b而 、隹一 ％二认t乳導出用通路37，在壓縮機22之一次部位， M J ‘二，=二原料氣體，而在速度型塵力變動式吸附分 八ί=再分離。接著，由速度型壓力變動式吸附 刀^之再^生作業之吸附筒開始而通過再生閥25a、 π 之氣體（氮），係通過一次排氣釋出用通路 32而被釋出。 此外，由一次排氣導出用通路3 7開始而循環至速度型壓 力變動式吸附分離裝物之二次排氣，係可以在藉由設置 在一次排亂導出用通路37上之壓縮機（並未圖示出）而進 第21頁 C:\2D-C0DE\91-01\90126088.ptd 495371 五、發明說明（19) 行壓縮之後，導入至速度型塵力 士卜外，可以扃制口、# ， 動式吸附分離麥罟？ η 此外，J以在製品導出用通路36上，配人干離忒置20。 壓送用之壓縮機。 要’而設置氪 即使是在前述第2形態例〜第5形能 式吸附分離m2G，係相同於;;第各個t之壓力變動 各個吸附筒lla、llb、21a、21b，切拖Γ悲例’而將 作業，連續地分離氪和氣，以便於於％ =作業和再生 進行分離精製。 對於原枓氣體中之氛， 此外，在前述各個形態例中，例舉以氪和氮人尸 而作為最簡單之原料氣體組成之例子，但是，=σ乳體 混合氣體之狀態下，同樣地也可以進行分離回收氙1氮之 能夠包含氛或氤兩種。此外，在作為本發明之可$ =制 之高附加價值氣體，係可以列舉包含高純度之 π衣 如％、D2，、1δ〇2、17〇2、Ηι:體、例 H217 02、D20、15N2、i5N2〇、15N0、15N〇2 等。 2 2、 此外，作為一次排氣之所釋出之氣體、也就 加價值氣體以外之氣體之氧、水分、一氧化碳疋作，向附 碳、氫和烴類，係也相同於前述氮，可以由二一氧化 體而分離出。此外，原料氣體之導入位置，=^加價值氣 為原料氣體之混合氣體之組成或流量等之條件^ 、=成 進行選擇。此外，可以適當地選定各個壓力私2適當地 離裝置之構造，例如也可以成為3筒以上之多^弐吸附分 圖9係顯示本發明之氣體分離精製裝置之第^，式^ 統圖；圖Θ係顯示在組合平衡型壓力變動式 形匕、例之系 勒八及附分離裝置

495371 五、發明說明（20) 10和速度型壓力變動式吸附分離裝置20之氣體分離精製裝 置之前段上而設置前處理用分離裝置80之例子之系統圖。 在本形態例’例如在由患者之呼氣中而分離及精製該使 用作為麻醉性氣體之氙之狀態一樣，適合用以處理在供應 至氣體分離精製裝置之混合氣體（原料氣體）中而含有比 較多量之水分或二氧化碳。 鈾述鈾處理用分離裝置8 〇係具有1對之吸附筒g 1 a、g 1 b 、入口閥82a、82b、出口閥83a、83b、再生氣體入口閥 84a、84b和再生氣體出口閥85a、85b ;在吸附筒81&、81b 内’填充用以除去水分和二氧化碳之吸附劑、例如沸石或 碳分子篩等，形成例如藉由溫度變動式吸附分離法而分離 原料氣體中之水分和二氧化碳。 也就疋說’來自原料氣體導入用通路3 1之原料氣體，係 在藉由壓縮機1 2而進行壓縮之後，接著，導入至前處理用 分離裝置80，在該前處理用分離裝置8〇除去水分和二氧化 碳之後，然後，按照順序地導入至氣體分離精製裝置之平 衡型壓力變動式吸附分離裝置1 〇和速度型壓力變動式吸附 分離裝置20，並且，導出至二次精製氣體導出用通路34。 該導出至二次精製氣體導出用通路34之氣體，係在作為製 σσ机而暫時地儲存於製品儲存槽35之後，由製品導出^通 路36而供應至使用部位。 像前述這樣，可以藉由在前處理用分離裝置8 0而預先除 去水分、二氧化碳或其他之不純物成分，以便於防止容易 吸附在各種吸附劑上之水分等累積在氣體分離精製裝置之

C:\2D-CODE\91-01\90126088.ptd 第23頁 495371

ΐϊ:構::為:㈡以— 態例中之任何一種型式。 了乂為别述弟1〜第5形 例1 精ί 精/4V進行該分離 !。，係'在内徑一附 P#^^|4^1.7kg ^ 420秒鐘，吸附作業之壓力係為6〇4kPa，而再生作業之壓 力係為102kPa。此外，速度型壓力變動式吸附分離裝置 2〇 ’係在内徑70mm、長度1 0 0 0mm之吸附筒中，填充2 6kg 之作為吸附劑之沸石4A，平衡式分離操作之半循環時間係 為3 0 0秒鐘，吸附作業之壓力係為8 28kPa，而再生作業之 壓力係為102kPa。 在該氣體分離精製裝置，以2L/min (流量[L/min]係〇 °C、1大氣壓之換算值，以下皆相同。）之流量而導入作 為原料氣體之氪51· 5 %和氮48· 5 %之混合氣體。結果，可 以由平衡型壓力變動式吸附分離裝置1 0之一次排氣釋出用 通路3 2，以1. 0 L /m i η之流量，而釋出濃度9 7 %之氮，並 且，由二次精製氣體導出用通路34，以L〇L/min之流 量，而採取濃度9 9 · 9 %之氪。此時，流過二次排氣導出用 通路37之二次排氣、其氪濃度係為% ，而流量係為大約 4L /m i η 左右 ° 實施例2

C:\2D-CODE\91-01\90126088.ptd 第24頁 495371 五、發明說明（22) 、使用圖5所示構造之氣體分離精製裝置，而進行該分離 精製稀有氣體之實驗。在平衡型壓力變動式吸附分離裝置 1 〇，於每一個之吸附筒中，填充作為吸附劑之活性碳 2.0 kg，並且，在速度型壓力變動式吸附分離裝置2〇，於 每一個之吸附筒中，填充5· 〇kg之作為吸附劑之沸石4A。 在該氣體分離精製裝置，以2L /m i η之流量而導入作為 原料氣體之氪3 0 %和氮7 0 %之混合氣體。結果，可以由平 衡型鬓力變動式吸附分離裝置10之一次排氣釋出用通路 32，以1. 4L/min之流量，而釋出濃度99· 9 %之氮，並 且’由二次精製氣體導出用通路3 4，以〇 · 6丄/m丨η之流 量’而採取濃度99· 99 %之氪。此時，流過二次排氣導出 用通路3 7之二次排氣、其氪濃度係為3 7 % ，而流量係為大 約9.4L/min左右。 實施例3 使用圖6所示構造之氣體分離精製裝置，而進行該分離 精製稀有氣體之實驗。在平衡型壓力變動式吸附分離裝置 1 0，於每一個之吸附筒中，填充作為吸附劑之活性碳 4· 0kg，並且，在速度型壓力變動式吸附分離裝置2〇，於 每一個之吸附筒中，填充4· 〇kg之作為吸附劑之沸石4A。 在該氣體分離精製裝置，以2L/min之流量而導入作為 原料氣體之氪70 %和氮30 %之混合氣體。結果，可以由平 衡型壓力變動式吸附分離裝置1 〇之一次排氣釋出用通路 32，以0· 6L /min之流量，而釋出濃度99. 9 %之氮，並 且，由二次精製氣體導出用通路34，以1. 4L/min之流

C:\2D-CODE\91-01\90126088.ptd 第25頁 495371 五、發明說明（23) 量’而採取濃度99· 99 %之氪。此時，流過二次排氣導出 用通路3 7之二次排氣、其氪濃度係為8 〇 % ，而流量係為大 約6 L / m i η左右。 實施例4 使用圖7所示構造之氣體分離精製裝置，而進行該分離 精製稀有氣體之實驗。在平衡型壓力變動式吸附分離裝置 1 0，於每一個之吸附筒中，填充作為吸附劑之活性碳 3. Okg，並且，在速度型壓力變動式吸附分離裝置2〇，於 每一個之吸附筒中，填充4· 〇kg之作為吸附劑之沸石4A。 在該氣體分離精製裝置，以2 L /m i η之流量而導入作為 原料氣體之氪5 0 %和氮5 0 %之混合氣體。結果，可以由平 衡型壓力變動式吸附分離裝置1 〇之一次排氣釋出用通路 32，以1· 0L/min之流量，而釋出濃度99· 9 %之氮，並 且’由二次精製氣體導出用通路34，以l.OL/miri之流 量，而採取濃度99.99%之氪。 實施例5 使用圖8所示構造之氣體分離精製裝置，而進行該分離 精製稀有氣體之實驗。在平衡型壓力變動式吸附分離裝置 1 0，於每一個之吸附筒中，填充作為吸附劑之活性碳 3·0 kg，並且，在速度型壓力變動式吸附分離裝置20，於 每一個之吸附筒中’填充4 · 〇 k g之作為吸附劑之沸石4 A。 在該氣體分離精製裝置，以2L /min之流量而導入作為 原料氣體之氪50 %和氮50 %之混合氣體。結果，可以由平 衡型壓力變動式吸附分離裝置10之一次排氣釋出用通路

C:\2D-CODE\91-01\90126088.ptd 第26頁 495371 五、發明說明（24) 3 2，以1 · 0 L / m i η之流量，而釋出濃度99. 9%之氮，並 且，由二次精製氣體導出用通路34，以1. OL/min之流 量，而採取濃度9 9. 9 %之氪。 【元件編號之說明】

4A 沸 石 10 平 衡 型 壓 力 變 動 式 吸 附 分 離 裝 置 11a 吸 附 筒 lib 吸 附 筒 12 壓 縮 機 13a 入 π 閥 13b 入 π 閥 14a 出 Ό 閥 14b 出 V 閥 15a 再 生 閥 15b 再 生 閥 16a 均 壓 閥 16b 均 壓 閥 17 均 壓 通 路 20 速 度 型 壓 力 變 動 式 吸 附 分 離 裝 置 21a 吸 附 筒 21b 吸 附 筒 22 壓 縮 機 23a 入 Π 閥 23b 入 Π 閥 C:\2D-00DE\91-01\90126088.ptd 第27頁 495371 五、發明說明（25) 24a 出 U 閥 24b 出 Π 閥 25a 再 生 閥 25b 再 生 閥 26a 均 壓 閥 26b 均 壓 閥 27 均 壓 通 路 31 原 料 氣 體 導 入 用 通 路 32 一 次 排 氣 釋 出 用 通 路 32a 排 氣 釋 出 用 通 路 33 壓 縮 機 22 之 一 次 部 位 通 路 34 二 次 精 製 氣 體 導 出 用 通 路 34a 精 製 氣 體 導 出 用 通 路 35 製 品 儲 存 槽 36 製 品 導 出 用 通 路 37 二 次 排 氣 導 出 用 通 路 37a 一 次 排 氣 導 出 用 通 路 38 —— 次 精 製 氣 體 通 路 39 瞧 次 精 製 排 氣 導 出 用 通 路 41 原 料 氣 體 導 入 用 通 路 51 原 料 氣 體 導 入 用 通 路 52 通 路 53 通 路 61 壓 縮 機

C:\2D-C0DE\91-01\90126088.ptd 第28頁 495371 五、發明說明（26) 62 緩 衝 槽 63 原 料 氣 體 導入用 通 路 64 通 路 65 通 路 66 通 路 71 原 料 氣 體 導入用 通 路 80 前 處 理 用 分離裝 置 81a 吸 附 筒 81b 吸 附 筒 82a 入 V 閥 82b 入 口 閥 8 3a 出 V 閥 83b 出 V 閥 84a 再 生 氣 體 入t 7閥 84b 再 生 氣 體 入I： 7閥 8 5a 再 生 氣 體 出1= 7閥 85b 再 生 氣 體 出口閥

C:\2D-CQDE\91-01\90126088.ptd 第29頁 495371 圖式簡單說明 圖1係顯示本發明之氣體分離精製裝置之第1形態例之系 統圖。 圖2係活性碳中之氪、氙和氮之吸附等溫線圖。 圖3係沸石4A中之氪和氮之吸附等溫線圖。 圖4係顯示沸石4A中之氪和氮之吸附速度之圖式。 圖5係顯示本發明之氣體分離精製裝置之第2形態例之系 統圖。 圖6係顯示本發明之氣體分離精製裝置之第3形態例之系 統圖。 圖7係顯示本發明之氣體分離精製裝置之第4形態例之系 統圖。 圖8係顯示本發明之氣體分離精製裝置之第5形態例之系 統圖。 圖9係顯示本發明之氣體分離精製裝置之第6形態例之系 統圖。

C:\2D-C0DE\91-01\90126088.ptd 第30頁

Claims (1)

1. 495371

   495371 六、申請專利範圍 品氣體’同時藉由前述平衡型壓力變動式吸附分離法，以 分離該速度型Μ力變動式吸附分離法中之前述易吸附成分 成為易吸附成分和難吸附成分，並且，釋出該平衡型壓力 變動式吸附分離法中之前述難 y ^ 5.如申請專利範圍第4項之附成分以作罐^ 中，在前述速度型壓力變動式^之分離精製方法，其 分離前述平衡型壓力變動式附分離法中，進行循曼再 分。 付分離法中之前述易吸附成 6·如申請專利範圍第丨項之 中，藉由前述速度型壓力變動心之分離精製方法，其 原料氣體成為易吸附成分和難^吸附分離法，以分離前述 度型壓力變動式吸附分離法中^ =成分，並且，釋出該速 氣體，同時藉由前述平衡型壓力:述易吸附成分以作為排 離該速度型壓力變動式吸附$離=動式吸附分離法，以j 為易吸附成分和難吸附成分，並〉中之前述難吸附成分成 動式吸附分離法中之前述易吸 ^採取該平衡型壓力變 7·如申請專利範圍第6項之氣㉟成为以作為製品氣體。 8·如申請專利範圍第丨項之氣一 中，藉由前述平衡型壓力變動礼體之分離精製方法，豆 原料氣體之一部分成為易吸附二付分離法，u分離前述 釋出該平衡型壓力變動式吸附八二難吸附成分，並且， 刀離法中之前述難吸附成分 中，在前述速度型壓力變動式二分離精製方法，Α 分離前述平衡型慶力變動式吸附離法中，1進行循環再 分。 77離法中之前述難吸附成 495371 六、申請專利範圍 以作為排氣，同時 之前述易吸附成分 變動式吸附分離法 吸附成分和難吸附 吸附分離法中之前 混合該速度型壓力 和前述原料氣體。 混合該平衡型壓力 和前述原料氣體， 以分離前述原料氣 成分，並且，採取 述難吸附成分以作 變動式吸附分離法 變動式吸附分離法中 藉由前m型壓力 體之殘餘部’成為易 該速度型壓力變動式 為製品氣體，同時， 中之前述易吸附成分 .如申凊專利範圍第1項之氣體之分離精製方法，其 2於刖述原料氣體，進行升壓，而分別供應至前述平 H ^壓力變動式吸附分離法和前述速度型壓力變動式吸附 =样士中，並且，混合前述平衡型壓力變動式吸附分離法 之:述易吸附成分和前述速度型壓力變動式吸附分離法 中之丽述易吸附成分以及升壓前之原料氣體。 八=·壯一種氣體之分離精製裝置，係藉由壓力變動式吸附 粗1二置=對於以包含高附加價值氣體之混合氣體作為原 二乳脰之w述高附加價值氣體進行分離精製者，其特徵’、 乍^述壓力變動式吸附分離裝置，係具有根據平 ;Γ f差而分離氣體成分之平衡型壓力變動式吸附分離S $和根據吸附式速度差而分離氣體成分之速度型壓動 式吸附分離裝置。 欠動 Φ11 ·、如二申請專利範圍第10項之氣體之分離精製裝置，其 义、’、以刖述平衡型壓力變動式吸附分離裝置作為前段，、 月’j述速度型壓力變動式吸附分離裝置作為後段，而呈串聯

   六、申請專利範圍 =合二之前述平衡型麼力變動式吸附分離 、。又1蛤出作為排氣之該平衡型壓力變動式吸附 中之難吸附成分的通路、以及用以將該平衡= =動=:分離裝置中之易吸附成分導入至後段之前述 j型^變動式吸附分離裝置中的通路，在後段之前Ϊ 速j型壓力變動式吸附分離裳置， 該速度型壓力變動式吸附分離裳置中之難吸附：分 之易吸附成分循環至前段C動式吸附分離裝置中 離裝置之原料氣體供應壓力變動式吸附分 中12且如有'二專，利Γ圍第，10項之氣體之分離精製裝置’其 $ p ^ 〜〔原料氣體呈分又而分別供應至前述平衡 分離裝置中的通路、述速度型壓力變動式吸附 分離裝置中之易吸前述平衡型壓力變動式吸附 壓力變動式吸附分G =路、及在供應至前述平衡型 13如申V專上離…之易吸附成分的通路。 裝置，其中，前 圍第10、11或12項之氣體之分離精製 活性碳;乍為吸附劑、:衡型壓力變動式吸附分離裝置係使用 1 4.如申請專利笳囹 裝置，其中，前、+、、土弟1 〇、11或1 2項之氣體之分離精製 Na-A型濟石或碳‘ ‘ f =力變動式吸附分離裝置係使用 刀t師作為吸附劑。

   C:\2D-CODE\91-01\90126088.ptd 第34頁 495371 六、申請專利範圍 15.如申請專利範圍第10、11或12項之氣體之分離精製 裝置，其中，前述高附加價值氣體係為氪或氙中之至少一 種0

   C: \2D-mDE\91-01\90126088.ptd 第35頁