TWI500580B - Ammonia purification system and ammonia purification method - Google Patents
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Description
本發明係關於一種對粗氨進行純化之氨純化系統及氨之純化方法。
於半導體製造步驟及液晶製造步驟中,利用高純度之氨作為用於氮化物被膜之製作等之處理劑。此種高純度之氨係藉由對粗氨進行純化以除去雜質而獲得。
粗氨中含有氫、氮、氧、氬、一氧化氮、二氧化碳等低沸點氣體、烴、水分等作為雜質。通常能獲得之粗氨之純度為98~99重量%左右。
作為粗氨中含有之烴,通常以碳數為1~4之烴為主。又,於製造作為氨之合成原料使用之氫氣時,裂化氣中之油分之分離不充分,或者於製造時受到來自泵類之泵油所產生之油污染之情形時,亦有時沸點較高、分子量較大之烴混入至氨中。又,若氨中含有大量水分,則存在大幅降低使用該氨製造之半導體等之功能之情形,從而需要儘量減少氨中之水分。
根據半導體製造步驟及液晶製造步驟中之使用氨之步驟之種類不同,氨中之雜質之影響方式不同,但作為氨之純度,要求為99.9999重量%以上(各雜質濃度為100 ppb以下),更佳為99.99999重量%左右。近年來,於如氮化鎵之類的發光體製造用時要求水分濃度未達30 ppb。
作為除去粗氨中含有之雜質之方法,己知有:使用矽膠、合成沸石、活性碳等吸附劑吸附除去雜質之方法;蒸餾除去雜質之方法。
例如,於日本專利特開2006-206410號公報中揭示有一種氨純化系統,其包含:自液體狀之粗氨中除去揮發性較低之雜質之第1蒸餾塔、將自第1蒸餾塔導出之氣體狀之氨中含有之雜質(主要為水分)藉由吸附劑吸附除去之吸附塔、及由自吸附塔導出之氣體狀之氨中除去揮發性較高之雜質之第2蒸餾塔。
又,於日本專利特表2008-505830號公報中揭示有一種氨之純化方法,其將水分之吸附塔、烴之吸附塔及蒸餾塔組合而獲得高純度之氨。又,於日本專利第4062710號公報中揭示有一種氨之純化方法,其藉由蒸餾塔除去沸點較低之雜質後,藉由吸附塔除去水分及氧,藉此獲得高純度之氨。
於日本專利特開2006-206410號公報、日本專利特表2008-505830號公報及日本專利第4062710號公報中揭示之對氨進行純化之技術中,藉由吸附塔吸附除去粗氨中含有之雜質,進而藉由蒸餾塔進行蒸餾除去,從而對氨進行純化。自蒸餾塔導出之純化後之氣體狀之氨被冷凝並作為液體氨被回收。即,於日本專利特開2006-206410號公報、日本專利特表2008-505830號公報及日本專利第4062710號公報中揭示之對氨進行純化之技術中,將粗氨中含有之雜質吸附、蒸餾除去,進而進行冷凝,而獲得純化之液體氨,因此作為對氨進行純化之方法,不可謂為簡化之方法,且對氨進行純化需要大量之能量。
因此,本發明之目的在於提供一種可以簡化之方法對氨進行純化,並且可抑制能量之消耗而有效率地對氨進行純化之氨純化系統及氨之純化方法。
本發明為一種氨純化系統,其特徵在於:其係對粗氨進行純化者,其包含:貯留部,其貯留液體狀之粗氨,並將該貯留之液體狀之粗氨導出;氣化部,其將自上述貯留部導出之液體狀之粗氨之一部分氣化,並將氣體狀之氨導出;吸附部,其將自上述氣化部導出之氣體狀之氨中含有之雜質藉由多孔質之吸附劑吸附除去,並將氣體狀之氨導出;及分凝部,其將自上述吸附部導出之氣體狀之氨分凝而分離成氣相成分與液相成分,藉此將揮發性較高之雜質作為氣相成分分離除去,而作為液相成分獲得純化之液體狀之氨。
根據本發明,氨純化系統為對含有雜質之氨進行純化之系統,其包含貯留部、氣化部、吸附部及分凝部。氣化部將自貯留部導出之液體狀之粗氨之一部分氣化,並將氣體狀之氨導出。吸附部將自氣化部導出之氣體狀之氨中含有之雜質藉由多孔質之吸附劑吸附除去,並將氣體狀之氨導出。繼而,分凝部將自吸附部導出之氣體狀之氨分凝而分離成氣相成分與液相成分,藉此將揮發性較高之雜質作為氣相成分分離除去,而作為液相成分獲得純化之液體狀之氨。
本發明之氨純化系統中,氣化部將液體狀之粗氨之一部分氣化,因此於粗氨中含有之揮發性較低之雜質殘留於液相中,從而可將揮發性較低之成分得以減少之氣體狀之氨導出。繼而,分凝部將藉由吸附部吸附除去雜質後之氣體狀之氨分凝而分離成氣相成分與液相成分,因此可將氫、氮、氧、氬、一氧化碳、二氧化碳及碳數為1~8之烴等揮發性較高之雜質作為氣相成分分離除去,而作為液相成分獲得純化之液體狀之氨。因此,本發明之氨純化系統不會如先前技術般進行伴隨著回流之蒸餾,而可以簡化之方法對氨進行純化,並且可抑制能量之消耗而有效率地對氨進行純化。
又,本發明之氨純化系統中,較佳為上述吸附部至少包含填充有合成沸石MS-3A作為吸附劑之吸附區域及填充有合成沸石MS-13X作為吸附劑之吸附區域。
根據本發明,吸附部至少包含填充有合成沸石MS-3A作為吸附劑之吸附區域及填充有MS-13X作為吸附劑之吸附區域。合成沸石MS-3A為對水分具有優異之吸附能力之吸附劑。MS-13X為對水分及烴具有優異之吸附能力之吸附劑。藉由設為包含填充有具有此種吸附能力之MS-3A及MS-13X之吸附區域之吸附部,可將自氣化部導出之氣體狀之氨中含有之水分、高碳烴等揮發性較低之雜質效率良好地吸附除去。又,於高碳烴等雜質含量較多之情形時,亦可包含填充有活性碳作為吸附劑之吸附區域。
又,本發明之氨純化系統中,較佳為上述吸附部包含串列連接之複數個吸附塔,上述複數個吸附塔將自上述氣化部導出之氣體狀之氨中含有之雜質吸附除去。
根據本發明,吸附部包含串列連接之複數個吸附塔。藉由吸附部包含串列連接之複數個吸附塔,可提高對自氣化部導出之氣體狀之氨中含有之雜質的吸附除去能力。
又,本發明為一種氨之純化方法,其特徵在於:其係對粗氨進行純化者,其包括:貯留步驟,其係貯留液體狀之粗氨,並將該貯留之液體狀之粗氨導出;氣化步驟,其係將上述貯留步驟中導出之液體狀之粗氨之一部分氣化,並將氣體狀之氨導出;吸附步驟,其係將上述氣化步驟中導出之氣體狀之氨中含有之雜質藉由多孔質之吸附劑吸附除去;及分凝步驟,其係將上述吸附步驟中已吸附除去雜質之氣體狀之氨分凝而分離成氣相成分與液相成分,藉此將揮發性較高之雜質作為氣相成分分離除去,而作為液相成分獲得純化之液體狀之氨。
根據本發明,氨之純化方法為對含有雜質之粗氨進行純化之方法,其包括貯留步驟、氣化步驟、吸附步驟及分凝步驟。於氣化步驟中,將貯留步驟中導出之液體狀之粗氨之一部分氣化,並將氣體狀之氨導出。於吸附步驟中,將氣化步驟中導出之氣體狀之氨中含有之雜質藉由多孔質之吸附劑吸附除去。繼而,於分凝步驟中,將吸附步驟中已吸附除去雜質之氣體狀之氨分凝而分離成氣相成分與液相成分,藉此將揮發性較高之雜質作為氣相成分分離除去,而作為液相成分獲得純化之液體狀之氨。
本發明之氨之純化方法中,由於在氣化步驟中將液體狀之粗氨之一部分氣化,故而粗氨中含有之揮發性較低之雜質殘留於液相中,從而可將揮發性較低之雜質得以減少之氣體狀之氨導出。繼而,由於在分凝步驟中將吸附步驟中吸附除去雜質後之氣體狀之氨分凝而分離成氣相成分與液相成分,故而可將氫、氮、氧、氬、一氧化碳、二氧化碳及碳數為1~8之烴等揮發性較高之雜質作為氣相成分分離除去,而作為液相成分獲得純化之液體狀之氨。因此,本發明之氨之純化方法不會如先前技術般進行伴隨著回流之蒸餾,而可以簡化之方法對氨進行純化,並且可抑制能量之消耗而有效率地對氨進行純化。
本發明之目的、特色及優點由下述詳細之說明及圖式變得更加明確。
以下,參考圖式對本發明之較佳實施形態進行詳細說明。
圖1係表示本發明之第1實施形態之氨純化系統100之構成之圖。本實施形態之氨純化系統100為對含有雜質之液體狀之粗氨進行純化之系統。
氨純化系統100包含作為貯留部之原料貯留罐1、作為氣化部之氣化器2、吸附部3、分析部4、作為分凝部之冷凝器5及製品罐6而構成。又,氨純化系統100實現本發明之氨之純化方法,以原料貯留罐1執行貯留步驟,以氣化器2執行氣化步驟,以吸附部3執行吸附步驟,以冷凝器5執行分凝步驟。
原料貯留罐1為貯留粗氨者。本實施形態中,於原料貯留罐1中貯留之粗氨為純度99重量%以上,較佳為純度99.0~99.9重量%。
原料貯留罐1只要為具有耐壓性及耐腐蝕性之保溫容器即可,並無特別之限制。該原料貯留罐1貯留作為液體狀之氨之粗氨,並被控制為溫度及壓力達到一定條件。於原料貯留罐1貯留有液體狀之粗氨之狀態下,於原料貯留罐1之上部形成有氣相,於下部形成有液相。
本實施形態中,於將粗氨自原料貯留罐1導出至氣化器2時,將粗氨自上述液相中作為液體狀之粗氨而導出。原料之粗氨存在各個製品批次中雜質濃度之偏差較大之情形。如上所述,於欲將雜質濃度之偏差較大之粗氨自原料貯留罐1之氣相導出時,氣相成分之組成偏差較大,有導致最終純化之液體氨之純度產生較大之偏差之虞。本實施形態中,氨純化系統100構成為自原料貯留罐1之液相導出液體狀之粗氨,因此即便於使用雜質濃度之偏差較大之粗氨時,亦可防止最終純化之液體氨之純度產生較大偏差。
於原料貯留罐1與氣化器2之間連接有第1配管81,自原料貯留罐1導出之液體狀之粗氨流過第1配管81而供給至氣化器2。
於第1配管81設置有開放或關閉第1配管81中之流路之第1閥門811。於液體狀之粗氨向氣化器2供給時,第1閥門811開放,液體狀之粗氨自原料貯留罐1朝向氣化器2流過第1配管81內。
氣化器2將自原料貯留罐1導出之液體狀之粗氨之一部分氣化,即,將液體狀之粗氨加熱並以特定之氣化率氣化而分離成氣相成分與液相成分,並將氣體狀之氨導出。由於氣化器2將液體狀之粗氨之一部分氣化,故而粗氨中含有之揮發性較低之雜質(例如,水分、碳數為9以上之烴等)殘留於液相中,從而能夠將揮發性較低之雜質得以減少之氣體狀之氨導出。
本實施形態中,氣化器2將自原料貯留罐1導出之液體狀之氨以90~95體積%之氣化率氣化而分離成氣相成分與液相成分。此時,自原料貯留罐1導出之液體狀之氨之90~95體積%為氣相成分,5~10體積%為液相成分。
於氣化器2連接有設置有第2閥門821之第2配管82、及設置有開關閥門821a之配管82a。再者,第2配管82連接在氣化器2與吸附部3之間。
於氣化器2中,自氨中作為液相成分分離除去之揮發性較低之雜質於開關閥門821a開放之狀態下,流過配管82a而排出至系統外部。又,於氣化器2中,作為氣相成分獲得之氣體狀之氨於第2閥門821開放之狀態下,流過第2配管82而供給至吸附部3。
吸附部3將自氣化器2導出之氣體狀之氨中含有之雜質藉由主要包含多孔質之合成沸石之吸附劑吸附除去。本實施形態中,吸附部3包含作為複數個吸附塔之第1吸附塔31、第2吸附塔32、第3吸附塔33以及第4吸附塔34而構成。
第1吸附塔31及第3吸附塔33並列連接於第3配管83。於第3配管83設置有開放或關閉第3配管83中之流路之第3閥門831及第4閥門832。於第3配管83中,第3閥門831配置於第1吸附塔31之上游側(即,第1吸附塔31之塔頂部側),第4閥門832配置於第3吸附塔33之上游側(即,第3吸附塔33之塔頂部側)。於自氣化器2導出之氣體狀之氨向第1吸附塔31供給時,第3閥門831開放,第4閥門832關閉,氣體狀之氨自氣化器2朝向第1吸附塔31流過第3配管83內。又,於自氣化器2導出之氣體狀之氨向第3吸附塔33供給時,第4閥門832開放,第3閥門831關閉,氣體狀之氨自氣化器2朝向第3吸附塔33流過第3配管83內。
如上所述,藉由吸附部3包含並列連接之第1吸附塔31及第3吸附塔33,可將自氣化器2導出之氣體狀之氨對並列連接之第1吸附塔31及第3吸附塔33以彼此相區別之狀態導入。因此,例如於利用第1吸附塔31進行吸附除去之期間,可對使用完之第3吸附塔33進行再生處理以便能夠利用使用完之第3吸附塔33再次進行吸附除去動作。
第2吸附塔32經由第4配管84而與第1吸附塔31串列連接。即,第4配管84之一端部與第1吸附塔31之塔底部連接,另一端部與第2吸附塔32之塔頂部連接。藉此,自氣化器2導出且導入至第1吸附塔31之氣體狀之氨流過第4配管84而導入至第2吸附塔32。如上所述,藉由吸附部3包含串列連接之第1吸附塔31及第2吸附塔32,可將自氣化器2導出之氣體狀之氨中含有之雜質利用第1吸附塔31及第2吸附塔32吸附除去,因此可提高對雜質之吸附除去能力。
自第2吸附塔32導出之氣體狀之氨流過第5配管85而供給至與冷凝器5連接之第10配管90。
於第5配管85設置有開放或關閉第5配管85中之流路之第5閥門851及第6閥門852。於第5配管85,第5閥門851配置於氨之流過方向上游側(即,第2吸附塔32側),第6閥門852配置於氨之流過方向下游側(即,第10配管90側)。於自第2吸附塔32導出之氣體狀之氨向第10配管90供給時,第5閥門851及第6閥門852開放,氣體狀之氨自第2吸附塔32朝向第10配管90流過第5配管85內。
又,本實施形態之氨純化系統100中,於第5閥門851與第6閥門852之間設置有自第5配管85分支並與分析部4連接之第8配管88。於該第8配管88設置有開放或關閉第8配管88中之流路之第9閥門881。第9閥門881於自氣化器2導出之氣體狀之氨導入至第1吸附塔31及第2吸附塔32之情形時一直開放,使分析所需要之極少量之氨朝向分析部4流過第8配管88內。
第4吸附塔34經由第6配管86而與第3吸附塔33串列連接。即,第6配管86之一端部與第3吸附塔33之塔底部連接,另一端部與第4吸附塔34之塔頂部連接。藉此,自氣化器2導出且導入至第3吸附塔33之氣體狀之氨流過第6配管86而導入至第4吸附塔34。如上所述,藉由吸附部3包含串列連接之第3吸附塔33及第4吸附塔34,可利用第3吸附塔33及第4吸附塔34將自氣化器2導出之氣體狀之氨中含有之雜質吸附除去,因此可提高對雜質之吸附除去能力。
自第4吸附塔34導出之氣體狀之氨流過第7配管87而供給至與冷凝器5連接之第10配管90。
於第7配管87設置有開放或關閉第7配管87中之流路之第7閥門871及第8閥門872。於第7配管87中,第7閥門871配置於氨之流過方向上游側(即,第4吸附塔34側),第8閥門872配置於氨之流過方向下游側(即,第10配管90側)。於自第4吸附塔34導出之氣體狀之氨向第10配管90供給時,第7閥門871及第8閥門872開放,氣體狀之氨自第4吸附塔34朝向第10配管90流過第7配管87內。
又,本實施形態之氨純化系統100中,於第7閥門871與第8閥門872之間設置有自第7配管87分支並與分析部4連接之第9配管89。於該第9配管89設置有開放或關閉第9配管89中之流路之第10閥門891。第10閥門891於自氣化器2導出之氣體狀之氨導入至第3吸附塔33及第4吸附塔34之情形時一直開放,使分析所需要之極少量之氨朝向分析部4流過第9配管89內。
又,本實施形態中,第1吸附塔31包含填充有作為合成沸石之MS-3A(微孔徑為3之多孔質合成沸石)之第1吸附區域311、及填充有作為合成沸石之MS-13X(微孔徑為9之多孔質合成沸石)之第2吸附區域312。於第1吸附塔31中,第1吸附區域311與第2吸附區域312串列連接,第1吸附區域311配置於塔頂部側,第2吸附區域312配置於塔底部側。然而,即便第1吸附區域311與第2吸附區域312之配置相反,亦無任何影響。又,於高碳烴等雜質較多之情形時,亦可追加填充有活性碳作為吸附劑之吸附區域。
再者,第2吸附塔32、第3吸附塔33及第4吸附塔34分別與第1吸附塔31同樣地構成。具體而言,於第2吸附塔32中,在塔頂部側配置填充有MS-3A之第1吸附區域321,在塔底部側配置填充有MS-13X之第2吸附區域322。於第3吸附塔33中,在塔頂部側配置填充有MS-3A之第1吸附區域331,在塔底部側配置填充有MS-13X之第2吸附區域332。於第4吸附塔34中,在塔頂部側配置填充有MS-3A之第1吸附區域341,在塔底部側配置填充有MS-13X之第2吸附區域342。然而,即便於第2吸附塔32、第3吸附塔33及第4吸附塔34中第1吸附區域321、331、341與第2吸附區域322、332、342之配置相反,亦無任何影響。又,於高碳烴等雜質較多之情形時,亦可追加填充有活性碳作為吸附劑之吸附區域。
合成沸石MS-3A為對水分具有優異之吸附能力之吸附劑。MS-13X為對水分及烴具有優異之吸附能力之吸附劑。藉由設為包含填充有具有此種吸附能力之MS-3A之第1吸附區域及填充有具有此種吸附能力之MS-13X之第2吸附區域的第1吸附塔31、第2吸附塔32、第3吸附塔33以及第4吸附塔34,可將自氣化器2導出之氣體狀之氨中含有之水分、高碳烴等揮發性較低之雜質效率良好地吸附除去。
本實施形態中使用之包含MS-3A及MS-13X等合成沸石之吸附劑及活性碳可藉由加熱、減壓、加熱及減壓中之任一處理使所吸附之雜質(水分及烴)脫離而再生。例如,於藉由加熱處理使吸附於吸附劑之雜質脫離之情形時,只要在200~350℃之溫度下進行加熱即可。
本實施形態之氨純化系統100中,第1吸附塔31、第2吸附塔32、第3吸附塔33及第4吸附塔34之溫度被控制為0~60℃,壓力被控制為0.1~1.0 MPa。於第1吸附塔31、第2吸附塔32、第3吸附塔33及第4吸附塔34之溫度未達0℃時,需要進行將在吸附除去雜質時產生之吸附熱加以除去之冷卻,從而有能量效率降低之虞。於第1吸附塔31、第2吸附塔32、第3吸附塔33及第4吸附塔34之溫度超過60℃時,有吸附劑對雜質之吸附能力降低之虞。又,於第1吸附塔31、第2吸附塔32、第3吸附塔33及第4吸附塔34之壓力未達0.1 MPa時,有吸附劑對雜質之吸附能力降低之虞。於第1吸附塔31、第2吸附塔32、第3吸附塔33及第4吸附塔34之壓力超過1.0 MPa時,為維持在一定壓力下而需要大量之能量,從而有能量效率降低之虞。
又,關於第1吸附塔31、第2吸附塔32、第3吸附塔33及第4吸附塔34中之線速度(linear velocity),每單位時間內將氣體狀之氨供給至各吸附塔31、32、33、34之量換算成NTP(normal temperature and pressure,常溫常壓)下之氣體體積並除以各吸附塔31、32、33、34之空塔截面積而求出之值的範圍較佳為0.1~5.0 m/秒。於線速度未達0.1 m/秒時,吸附除去雜質需要長時間,因此不佳,於線速度超過5.0 m/秒時,吸附除去雜質時產生之吸附熱之除去未充分進行,從而有吸附劑對雜質之吸附能力降低之虞。
自第2吸附塔32導出並流過第8配管88之氣體狀之氨、或者自第4吸附塔34導出並流過第9配管89之氣體狀之氨被導入至分析部4。
分析部4對自第2吸附塔32或第4吸附塔34導出之氣體狀之氨中含有之雜質之濃度進行分析。本實施形態中,分析部4為氣相層析裝置(GC-PDD:脈衝放電型檢測器)。作為氣相層析裝置,例如可列舉出GC-4000(GL Sciences股份有限公司製)。可基於該分析部4之分析結果,設定後述冷凝器5將自第2吸附塔32或者第4吸附塔34導出之氣體狀之氨分凝時之冷凝率。
自第2吸附塔32導出並供給至第10配管90之氣體狀之氨、或者自第4吸附塔34導出並供給至第10配管90之氣體狀之氨流過第10配管90而被導入至冷凝器5。
此處,對於本實施形態之氨純化系統100中之作為分凝部之冷凝器5對氣體狀之氨之分凝進行說明。冷凝器5將自第2吸附塔32或第4吸附塔34導出之氣體狀之氨進行分凝而分離成氣相成分與液相成分,藉此將氨中含有之揮發性較高之雜質作為氣相成分分離除去,而作為液相成分獲得純化之液體狀之氨。
關於工業上製造之氨(粗氨)中含有之雜質,若對其種類進行大致分類,則通常為氫、氮、氧、氬、一氧化碳及二氧化碳等溶存低沸點氣體、烴類、水分等。作為粗氨中含有之烴,含有最多的是甲烷,除此之外,含有第二多的是乙烷、丙烷、乙烯及丙烯等。就碳數而言,碳數為1~3之烴構成烴類之主成分。
然而,粗氨中亦含有碳數為4以上之烴,多數情況下含有碳數為4~6之烴,但其含量較少。又,於將工業上製造之氨氣進行液化時,為使其壓縮而使用有油泵等。此時,在粗氨中含有自油泵等混入之源自泵油之油分等具有較大分子量之烴。
為製造面向電子產業之氨,需要設為可將該等構成雜質之碳數跨及寬範圍之烴類除去之氨之純化系統。
本發明者等人發現,作為代替精餾之粗氨中之雜質之除去方法,利用分凝之方法為優異。
例如,於藉由精餾而分離烴時,通常需要設置5~20段之精餾塔,且以回流比10~20進行蒸餾。於該蒸餾中,氨中含有之主要為碳數1~8之烴類作為揮發性較高之成分而自蒸餾塔之塔頂部除去。於藉由該精餾操作而獲得高純度之氨時,將自蒸餾塔之塔頂部廢棄之含有揮發性較高之雜質之氨設為何種程度之比例,才能得到作為目標之高純度之氨成為問題。即便於使用雜質之含量相對較低之粗氨作為原料之情形時,自精餾塔之塔頂部廢棄之比例亦需要設為供給至蒸餾塔中之粗氨之約10%之較大比例。
表1中示出氨及碳數為1~8之飽和直鏈烴之沸點。碳數為4~8之烴儘管於該烴作為純物質存在時沸點較氨高,但於精餾操作中仍會作為揮發性較高之化合物自蒸餾塔之塔頂部排出。
其原因尚不確定,但本發明者等人推測其原因如下。即,關於碳數為1~8之烴之沸點,例如以碳數為3之丙烷之沸點為例,於將丙烷投入容器中並使溫度變化時,為該容器中之壓力變為一大氣壓(0.1013 MPa)時之溫度。此時之丙烷之狀態為相鄰之丙烷分子之間藉由凡得瓦力(Van Der Waals force)等互相牽拉之狀態,若該相互牽拉之力較強,則顯示出較高沸點。然而,於目前成為問題之氨中存在之丙烷之濃度非常低之狀況下,在丙烷分子之旁邊不存在可互相牽拉之丙烷分子或者其他烴分子,而成為在茫茫一片液體氨中僅漂浮一個丙烷分子之狀態。
通常,如烴分子彼此之間或氨分子彼此之間般於具有相似性質之分子彼此之間產生有較大之分子間力,但如丙烷分子與氨分子般在性質較大不同之分子彼此之間產生之該分子間力較小。如此,於氨中極微量地存在烴雜質之狀況下,先前之蒸餾之概念己無意義。於液體氨中,氨分子之間相互作用互相牽拉之力,另一方面,即便為作為純物質而言沸點較氨高之碳數為4~8之烴,亦由於其等與氨分子之相互作用較小,因此在液體氨中作為沸點較氨低之化合物發揮作用亦為理所當然。事實上,由精餾之結果可知,碳數為1~8之烴作為具有較氨低之沸點之揮發性較高之化合物發揮作用。
對於氨中微量含有之碳數為1~8之烴於液化氨之氣相與液相中顯示出何種濃度分佈,使溫度發生各種變化而於該等烴在氨中之濃度達到氣液平衡狀態時進行測定,其結果示於表2。再者,分配比係將各種飽和直鏈烴濃度之液體氨中初始濃度調整為500~5000 ppm,之後於特定溫度下放置兩晝夜後進行測定。
再者,該表2中示出之氣液分配係數係作為藉由分凝可以何種程度分離雜質之指標,其被定義為如下。
分配係數(Kd)=A1
/A2
‧‧‧(1)
[式中,A1
表示氣液平衡後之氣體氨中之雜質濃度,A2
表示氣液平衡後之液體氨中之雜質濃度]。
其中,上述式(1)中之雜質濃度A1
、A2
以mol-ppm為其單位,定義為下述式(2)。
雜質濃度(A1
、A2
)=雜質(mol)/(氨(mol)+雜質(mol))×106
‧‧‧(2)
根據該定義,越為氣液分配係數大之雜質,越會於未藉由分凝冷凝之未冷凝之氣體氨中大量含有。越為碳數小之烴,於氣相中存在之比例較液相中越高,從而只要為碳數8以下之烴,則於氣相中以較高之濃度存在。進而,溫度越低,烴以越高之濃度於氨氣相中存在。
進而可知,該表2中所示之直至達到平衡為止之時間隨著氨中含有之烴濃度降低而延長,對於此處示出之ppm級之濃度,直至達到其平衡為止需要數天。其表示,於藉由精餾除去氨中之雜質之操作中,在精餾塔之各蒸餾段所引起之較短氣液接觸時間內,未充分進行作為雜質之烴之物質轉移,根據該結果認為,於氨之高純度化中使用精餾之方法在工業上效果較低。再者,表2係關於飽和直鏈烴之資料,於碳原子數為4以上之各種相應異構體、或碳數為2以上之烴中分子內含有不飽和鍵之情形時,亦具有表2所示之傾向。
如上所示,本發明者等人確認,作為粗氨中之微量雜質之碳數為1~8之烴之行為與先前認為之狀態較大不同,並進一步認為,於氨之純化中無法利用該碳數為1~8之烴在氨中之性質之差異。因此,嘗試對於分別以約5000 ppm、約500 ppm及約500 ppm含有甲烷、乙烷及丙烷之氣體狀之粗氨之95%,將氨氣溫度保持在-20℃並將冷凝器5中之器壁溫度設為-30℃而藉由冷凝進行液化,結果可知,於獲得之液體氨中未檢測到該等烴,雜質之大部分殘存於未被冷凝之氣體氨中。可知根據表2之分配比,計算為於藉由分凝操作而在-20℃下冷凝之液體氨中,甲烷、乙烷及丙烷分別以54 ppm、24 ppm及56 ppm存在,但意外的是,藉由冷凝器5之分凝,該值遠遠變小,可將粗氨在短時間內純化至非常高之純度。
於藉由精餾將粗氨中含有之雜質分離除去時,由於在進行回流之同時進行蒸餾,故而反覆進行於蒸餾塔中使液體氨加熱蒸發而成為氣體氨,另一方面,利用蒸餾塔之塔頂部之冷凝器使來自精餾塔之氣體氨冷凝而成為液體氨的操作。因此,於精餾操作中要將大量之能量投入其操作中。
與此相對,於藉由冷凝器5中之分凝將氨中含有之雜質分離除去時,由於僅將氣體氨冷凝1次,故而其所需之能量較少即可。如上所述可知,與藉由精餾之氨之純化方法相比,藉由冷凝器5中之分凝之純化方法不僅於短時間內得到高純度之氨,而且於能量上亦具有較大優勢。
進而,本發明者等人發現如下事實:於氨中含有之雜質為碳數1~8之烴之情形時,即便藉由冷凝器5進行伴隨達到氣體狀之氨之90~99.5%左右之液化之分凝操作,作為液相成分獲得之液體氨中含有之雜質之濃度亦與最初之氣體狀之氨中含有之雜質濃度相比大幅降低。
於藉由冷凝器5中之分凝而將氨中含有之雜質分離除去之純化方法中,藉由分凝而作為液相成分獲得之液體氨如上所述般超過根據氣液分配比預料到之值,雜質烴之濃度遠遠降低。其原因尚不確定,但推測為,於分凝中平衡關係遭到破壞,引起動態之雜質分離,雜質烴之大部分殘存於未被冷凝之氣相成分中。該推測之正確性亦可自如下之內容得到證實:若不將藉由冷凝器5中之分凝而作為液相成分獲得之液體氨自冷凝器5中迅速取出,而暫時以液體氨之狀態滯留於冷凝器5之內部,則雖需要觀察數十分鐘~數小時之長時間,但該液體氨中之雜質烴濃度逐漸上升。
該推測與觀察結果表示,為得到高純度氨,需要以將藉由冷凝器5中之分凝而作為液相成分獲得之液體氨迅速自冷凝器5導出,而於冷凝器5之內部僅存在未冷凝之氣相成分的方式進行冷凝器5之運轉。
再者認為,為提高氨之純化效率,雖僅為大體上之推測,但氣液分配係數越大越佳。如上所述,該氣液分配係數受溫度之影響,分凝溫度越低,可得到越大之氣液分配係數。其表示,於冷凝器5中之分凝操作之設定溫度較高之情形時,例如將引起氨之分凝之溫度設為50℃之情形時,若將供給至冷凝器5之氨之壓力設為1.81 MPa以上,則可進行氨之分凝,但與分凝操作之設定溫度較低之情形相比,該烴雜質之分離效率有可能降低。
冷凝器5將自第2吸附塔32或第4吸附塔34導出之氣體狀之氨分凝而分離成氣相成分與液相成分,藉此將氫、氮、氧、氬、一氧化碳、二氧化碳及碳數為1~8之烴作為氣相成分分離除去,而作為液相成分獲得純化之液體氨。具體而言,冷凝器5對於自第2吸附塔32或第4吸附塔34導出之氣體狀之氨,藉由冷卻處理,將氨以其一部分成為氣相成分之方式進行冷凝而分離成氣相成分與液相成分。作為冷凝器5,可列舉出多管式冷凝器、平板式熱交換器等。
本實施形態中,冷凝器5將自第2吸附塔32或第4吸附塔34導出之氣體狀之氨之70~99體積%冷凝而分離成氣相成分與液相成分。此時,以自第2吸附塔32或第4吸附塔34導出之氣體狀之氨之一部分即1~30體積%成為氣相成分之方式進行冷凝而分離成氣相成分與液相成分。藉此,可將吸附除去後之氣體狀之氨中含有之揮發性較高之雜質作為氣相成分分離除去,而產率良好地獲得作為液相成分之純化之液體氨。
又,作為冷凝器5中之冷凝條件,只要為自第2吸附塔32或第4吸附塔34導出之氣體狀之氨之一部分成為液體之條件,則並無限定,適當設定溫度、壓力及時間即可。本實施形態中,冷凝器5較佳為構成為將自第2吸附塔32或第4吸附塔34導出之氣體狀之氨於-77~50℃之溫度下冷凝而分離成氣相成分與液相成分。藉此,可將自第2吸附塔32或第4吸附塔34導出之氣體狀之氨效率良好地冷凝而獲得純化之液體氨,並且可提高該液體氨之純度。於冷凝器5中之對氣體狀之氨進行冷凝時之溫度未達-77℃時,進行冷卻需要大量之能量,因此不佳,於超過50℃時,氨之一分凝而得到之液體氨中含有之雜質濃度增高,因此不佳。
又,冷凝器5較佳為構成為將自第2吸附塔32或第4吸附塔34導出之氣體狀之氨於0.007~2.0 MPa之壓力下冷凝而分離成氣相成分與液相成分。於冷凝器5中之對氣體狀之氨進行冷凝時之壓力未達0.007 MPa時,使氨冷凝之溫度降低,因此進行冷卻需要大量之能量,而不佳,於超過2.0 MPa時,使氨冷凝之溫度增高,因此氨之一分凝而得到之液體氨中含有之雜質濃度增高,而不佳。
本實施形態之氨純化系統100中,由於冷凝器5將自第2吸附塔32或第4吸附塔34導出之氣體狀之氨之一分凝而分離成氣相成分與液相成分,因此可將揮發性較高之雜質作為氣相成分分離除去,而作為液相成分獲得純化之液體氨。因此,即便不如先前技術般設置蒸餾部,亦可藉由簡化之系統對氨進行純化。
於冷凝器5連接有設置有第11閥門911之第11配管91、及設置有第2閥門921之第12配管92。再者,第12配管92連接在冷凝器5與製品罐6之間。
於冷凝器5中,在第11閥門911開放之狀態下,作為氣相成分而自氨中分離除去之揮發性較高之雜質流過第11配管91而排出至系統外部。又,於冷凝器5中,在第12閥門921開放之狀態下,作為液相成分獲得之液體氨流過第12配管92而供給至製品罐6。
製品罐6貯留冷凝器5中作為液相成分獲得之液體氨。該製品罐6較佳為將溫度及壓力控制在一定條件下以使得能夠作為液體氨加以貯留。
圖2係表示本發明之第2實施形態之氨純化系統200之構成之圖。本實施形態之氨純化系統200與上述之氨純化系統100類似,對於對應之部分標註相同之參照符號,並省略說明。氨純化系統200除吸附部201之構成與上述吸附部3之構成不同之外,均與氨純化系統100相同。
氨純化系統200中包含之吸附部201將自氣化器2導出之氣體狀之氨中含有之雜質藉由主要包含多孔質之合成沸石之吸附劑吸附除去。本實施形態中,吸附部201包含作為複數個吸附部之第1吸附塔2011、第2吸附塔2012及第3吸附塔2013而構成。
第1吸附塔2011、第2吸附塔2012及第3吸附塔2013與上述第1吸附塔31同樣地構成。具體而言,於第1吸附塔2011中,在塔頂部側配置填充有MS-3A之第1吸附區域20111,在塔底部側配置填充有MS-13X之第2吸附區域20112。於第2吸附塔2012中,在塔頂部側配置填充有MS-3A之第1吸附區域20121,在塔底部側配置填充有MS-13X之第2吸附區域20122。於第3吸附塔2013中,在塔頂部側配置填充有MS-3A之第1吸附區域20131,在塔底部側配置填充有MS-13X之第2吸附區域20132。然而,於第1吸附塔2011、第2吸附塔2012及第3吸附塔2013中,即便第1吸附區域20111、20121、20131與第2吸附區域20112、20122、20132之配置相反,亦無任何影響。又,於高碳烴等雜質較多之情形時,亦可追加填充有活性碳作為吸附劑之吸附區域。
又,本實施形態之氨純化系統200中,第1吸附塔2011、第2吸附塔2012及第3吸附塔2013之溫度被控制為0~60℃,壓力被控制為0.1~1.0 MPa。於第1吸附塔2011、第2吸附塔2012及第3吸附塔2013之溫度未達0℃時,需要進行將吸附除去雜質時產生之吸附熱加以除去之冷卻,從而有能量效率降低之虞。於第1吸附塔2011、第2吸附塔2012及第3吸附塔2013之溫度超過60℃時,有吸附劑對雜質之吸附能力降低之虞。又,於第1吸附塔2011、第2吸附塔2012及第3吸附塔2013之壓力未達0.1 MPa時,有吸附劑對雜質之吸附能力降低之虞。於第1吸附塔2011、第2吸附塔2012及第3吸附塔2013之壓力超過1.0 MPa時,為維持在一定壓力下,需要大量之能量,從而有能量效率降低之虞。
又,關於第1吸附塔2011、第2吸附塔2012及第3吸附塔2013中之線速度,將每單位時間內液體狀之氨供給至各吸附塔2011、2012、2013之量換算成NTP下之氣體體積並除以各吸附塔2011、2012、2013之空塔截面積而求出之值的範圍較佳為0.1~5.0 m/秒。於線速度未達0.1 m/秒時,吸附除去雜質需要長時間,因此不佳,於線速度超過5.0 m/秒時,吸附除去雜質時產生之吸附熱之除去未充分進行,從而有吸附劑對雜質之吸附能力降低之虞。
而且,本實施形態中,於自氣化器2導出之氣體狀之氨流過之第3配管83連接有自第3配管83分支之第13配管202、第14配管203及第15配管204。
第13配管202自第3配管83分支並與第1吸附塔2011之塔頂部連接。於該第13配管202設置有開放或關閉第13配管202中之流路之第13閥門2021。第14配管203自第3配管83分支並與第2吸附塔2012之塔頂部連接。於該第14配管203設置有開放或關閉第14配管203中之流路之第14閥門2031。第15配管204自第3配管83分支並與第3吸附塔2013之塔頂部連接。於該第15配管204設置有開放或關閉第15配管204中之流路之第105閥門2041。
又,於第1吸附塔2011之塔底部連接有自第1吸附塔2011導出之液體狀之氨流過之第16配管205。於該第16配管205設置有開放或關閉第16配管205中之流路之第16閥門2051。於第2吸附塔2012之塔底部連接有自第2吸附塔2012導出之氣體狀之氨流過之第17配管206。於該第17配管206設置有開放或關閉第17配管206中之流路之第17閥門2061。於第3吸附塔2031之塔底部連接有自第3吸附塔2013導出之氣體狀之氨流過之第18配管207。於該第18配管207設置有開放或關閉第18配管207中之流路之第18閥門2071。
又,於第16配管205連接有自第16配管205分支之第19配管208。該第19配管208自第16配管205分支並與第14配管203連接,成為用於將自第1吸附塔2011導出之氣體狀之氨導入至第2吸附塔2012之流路。於第19配管208設置有開放或者關閉第19配管208中之流路之第19閥門2081。於該第19配管208連接有自第19配管208分支之第20配管209。該第20配管209自第19配管208分支並與第15配管204連接,成為用於將自第1吸附塔2011導出之氣體狀之氨導入至第3吸附塔2013之流路。於第20配管209設置有開放或者關閉第20配管209中之流路之第20閥門2091。
又,於第17配管206連接有自第17配管206分支之第21配管210及第22配管211。該第21配管210自第17配管206分支並與第13配管202連接,成為用於將自第2吸附塔2012導出之氣體狀之氨導入至第1吸附塔2011之流路。於第21配管210設置有開放或者關閉第21配管210中之流路之第21閥門2101。第22配管211自第17配管206分支並與第15配管204連接,成為用於將自第2吸附塔2012導出之氣體狀之氨導入至第3吸附塔2013之流路。於第22配管211設置有開放或者關閉第22配管211中之流路之第22閥門2111。
又,於第18配管207連接有自第18配管207分支之第23配管212。該第23配管212自第18配管207分支並與第13配管202連接,成為用於將自第3吸附塔2013導出之氣體狀之氨導入至第1吸附塔2011之流路。於第23配管212設置有開放或者關閉第23配管212中之流路之第23閥門2121。於該第23配管212連接有自第23配管212分支之第24配管213。該第24配管213自第23配管212分支並與第14配管203連接,成為用於將自第3吸附塔2013導出之氣體狀之氨導入至第2吸附塔2012之流路。於第24配管213設置有開放或者關閉第24配管213中之流路之第24閥門2131。
又,於第16配管205、第17配管206及第18配管207之液體狀之氨之流過方向下游側端部,連接有第25配管214。向該第25配管214中供給自第1吸附塔2011、第2吸附塔2012及第3吸附塔2013中之任意一個吸附塔導出之液體狀之氨。而且,於第25配管214設置有自第25配管214分支並與分析部4連接之第8配管88、及自第25配管214分支並與冷凝器5連接之第10配管90。
於以上述方式構成之氨純化系統200中,關於第1吸附塔2011、第2吸附塔2012及第3吸附塔2013之連接,有以下六種連接模式。
第1連接模式為使自氣化器2導出之氣體狀之氨依序通過第1吸附塔2011、第2吸附塔2012之連接模式。於第1連接模式中,使第13閥門2021、第17閥門2061及第19閥門2081開放,使第14閥門2031、第15閥門2041、第16閥門2051、第18閥門2071、第20閥門2091、第21閥門2101、第22閥門2111、第23閥門2121及第24閥門2131關閉。
藉此,自氣化器2導出之氣體狀之氨流過第13配管202而導入至第1吸附塔2011,自第1吸附塔2011導出之氣體狀之氨流過第16配管205及第19配管208而導入至第2吸附塔2012,自第2吸附塔2012導出之氣體狀之氨流過第17配管206而供給至第25配管214,自該第25配管214向分析部4及冷凝器5中導入氣體狀之氨。
此種第1連接模式中,可利用第1吸附塔2011及第2吸附塔2012吸附除去氣體狀之氨中含有之雜質,因此能夠提高對雜質之吸附除去能力。再者,於第1連接模式中,未執行第3吸附塔2013中之吸附除去動作,因此可對該第3吸附塔2013進行再生處理。
第2連接模式為使自氣化器2導出之氣體狀之氨依序通過第1吸附塔2011、第3吸附塔2013之連接模式。於第2連接模式中,使第13閥門2021、第18閥門2071及第20閥門2091開放,使第14閥門2031、第15閥門2041、第16閥門2051、第17閥門2061、第19閥門2081、第21閥門2101、第22閥門2111、第23閥門2121及第24閥門2131關閉。
藉此,自氣化器2導出之氣體狀之氨流過第13配管202而導入至第1吸附塔2011,自第1吸附塔2011導出之氣體狀之氨流過第16配管205、第19配管208及第20配管209而導入至第3吸附塔2013,自第3吸附塔2013導出之氣體狀之氨流過第18配管207而供給至第25配管214,自該第25配管214向分析部4及冷凝器5導入氣體狀之氨。
此種第2連接模式中,可利用第1吸附塔2011及第3吸附塔2013吸附除去氣體狀之氨中含有之雜質,因此能夠提高對雜質之吸附除去能力。再者,於第2連接模式中,未執行第2吸附塔2012中之吸附除去動作,因此可對該第2吸附塔2012進行再生處理。
第3連接模式為使自氣化器2導出之氣體狀之氨依序通過第2吸附塔2012、第1吸附塔2011之連接模式。於第3連接模式中,使第14閥門2031、第16閥門2051及第21閥門2101開放,使第13閥門2021、第15閥門2041、第17閥門2061、第18閥門2071、第19閥門2081、第20閥門2091、第22閥門2111、第23閥門2121及第24閥門2131關閉。
藉此,自氣化器2導出之氣體狀之氨流過第14配管203而導入至第2吸附塔2012,自第2吸附塔2012導出之氣體狀之氨流過第17配管206及第21配管210而導入至第1吸附塔2011,自第1吸附塔2011導出之氣體狀之氨流過第16配管205而供給至第25配管214,自該第25配管214向分析部4及冷凝器5中導入氣體狀之氨。
此種第3連接模式中,可利用第1吸附塔2011及第2吸附塔2012吸附除去氣體狀之氨中含有之雜質,因此能夠提高對雜質之吸附除去能力。再者,於第3連接模式中,未執行第3吸附塔2013中之吸附除去動作,因此可對該第3吸附塔2013進行再生處理。
第4連接模式為使自氣化器2導出之氣體狀之氨依序通過第2吸附塔2012、第3吸附塔2013之連接模式。於第4連接模式中,使第14閥門2031、第18閥門2071及第22閥門2111開放,使第13閥門2021、第15閥門2041、第16閥門2051、第17閥門2061、第19閥門2081、第20閥門2091、第21閥門2101、第23閥門2121及第24閥門2131關閉。
藉此,自氣化器2導出之氣體狀之氨流過第14配管203而導入至第2吸附塔2012,自第2吸附塔2012導出之氣體狀之氨流過第17配管206及第22配管211而導入至第3吸附塔2013,自第3吸附塔2013導出之氣體狀之氨流過第18配管207而供給至第25配管214,自該第25配管214向分析部4及冷凝器5中導入氣體狀之氨。
此種第4連接模式中,可利用第2吸附塔2012及第3吸附塔2013吸附除去氣體狀之氨中含有之雜質,因此能夠提高對雜質之吸附除去能力。再者,於第4連接模式中,未執行第1吸附塔2011中之吸附除去動作,因此可對該第1吸附塔2011進行再生處理。
第5連接模式為使自氣化器2導出之氣體狀之氨依序通過第3吸附塔2013、第1吸附塔2011之連接模式。於第5連接模式中,使第15閥門2041、第16閥門2051及第23閥門2121開放,使第13閥門2021、第14閥門2031、第17閥門2061、第18閥門2071、第19閥門2081、第20閥門2091、第21閥門2101、第22閥門2111及第24閥門2131關閉。
藉此,自氣化器2導出之氣體狀之氨流過第15配管204而導入至第3吸附塔2013,自第3吸附塔2013導出之氣體狀之氨流過第18配管207及第23配管212而導入至第1吸附塔2011,自第1吸附塔2011導出之氣體狀之氨流過第16配管205而供給至第25配管214,自該第25配管214向分析部4及冷凝器5中導入氣體狀之氨。
此種第5連接模式中,可利用第1吸附塔2011及第3吸附塔2013吸附除去氣體狀之氨中含有之雜質,因此能夠提高對雜質之吸附除去能力。再者,於第5連接模式中,未執行第2吸附塔2012中之吸附除去動作,因此可對該第2吸附塔2012進行再生處理。
第6連接模式為使自氣化器2導出之氣體狀之氨依序通過第3吸附塔2013、第2吸附塔2012之連接模式。於第6連接模式中,使第15閥門2041、第17閥門2061及第24閥門2131開放,使第13閥門2021、第14閥門2031、第16閥門2051、第18閥門2071、第19閥門2081、第20閥門2091、第21閥門2101、第22閥門2111及第23閥門2121關閉。
藉此,自氣化器2導出之氣體狀之氨流過第15配管204而導入至第3吸附塔2013,自第3吸附塔2013導出之氣體狀之氨流過第18配管207、第23配管212及第24配管213而導入至第2吸附塔2012,自第2吸附塔2012導出之氣體狀之氨流過第17配管206而供給至第25配管214,自該第25配管214向分析部4及冷凝器5中導入氣體狀之氨。
此種第6連接模式中,可利用第2吸附塔2012及第3吸附塔2013吸附除去氣體狀之氨中含有之雜質,因此能夠提高對雜質之吸附除去能力。再者,於第6種連接模式中,未執行第1吸附塔2011中之吸附除去動作,因此可對該第1吸附塔2011進行再生處理。
本發明於不脫離其精神或主要特徵之情況下能夠以其他各種形態加以實施。因此,上述實施形態於各個方面僅為例示,本發明之範圍為申請專利範圍中所示者,並不受說明書正文之任何約束。進而,屬於申請專利範圍之變形或變更全部為本發明之範圍內者。
1...原料貯留罐
2...氣化器
3...吸附部
4...分析部
5...冷凝器
6...製品罐
31...第1吸附塔
32...第2吸附塔
33...第3吸附塔
34...第4吸附塔
81...第1配管
82...第2配管
82a...配管
83...第3配管
84...第4配管
85...第5配管
86...第6配管
87...第7配管
88...第8配管
89...第9配管
90...第10配管
91...第11配管
92...第12配管
100...氨純化系統
200...氨純化系統
201...吸附部
202...第13配管
203...第14配管
204...第15配管
205...第16配管
206...第17配管
207...第18配管
208...第19配管
209...第20配管
210...第21配管
211...第22配管
212...第23配管
213...第24配管
214...第25配管
311...第1吸附區域
312...第2吸附區域
321...第1吸附區域
322...第2吸附區域
331...第1吸附區域
332...第2吸附區域
341...第1吸附區域
342...第2吸附區域
811...第1閥門
821...第2閥門
821a...開關閥門
831...第3閥門
832...第4閥門
851...第5閥門
852...第6閥門
871...第7閥門
872...第8閥門
881...第9閥門
891...第10閥門
911...第11閥門
921...第12閥門
2011...第1吸附塔
2012...第2吸附塔
2013...第3吸附塔
2021...第13閥門
2031...第14閥門
2041...第15閥門
2051...第16閥門
2061...第17閥門
2071...第18閥門
2081...第19閥門
2091...第20閥門
2101...第21閥門
2111...第22閥門
2121...第23閥門
2131...第24閥門
20111...第1吸附區域
20112...第2吸附區域
20121...第1吸附區域
20122...第2吸附區域
20131...第1吸附區域
20132...第2吸附區域
圖1係表示本發明之第1實施形態之氨純化系統之構成之圖。
圖2係表示本發明之第2實施形態之氨純化系統之構成之圖。
1...原料貯留罐
2...氣化器
3...吸附部
4...分析部
5...冷凝器
6...製品罐
31...第1吸附塔
32...第2吸附塔
33...第3吸附塔
34...第4吸附塔
81...第1配管
82...第2配管
82a...配管
83...第3配管
84...第4配管
85...第5配管
86...第6配管
87...第7配管
88...第8配管
89...第9配管
90...第10配管
91...第11配管
92...第12配管
100...氨純化系統
311...第1吸附區域
312...第2吸附區域
321...第1吸附區域
322...第2吸附區域
331...第1吸附區域
332...第2吸附區域
341...第1吸附區域
342...第2吸附區域
811...第1閥門
821...第2閥門
821a...開關閥門
831...第3閥門
832...第4閥門
851...第5閥門
852...第6閥門
871...第7閥門
872...第8閥門
881...第9閥門
891...第10閥門
911...第11閥門
921...第12閥門
Claims (4)
- 一種氨純化系統,其特徵在於:其係對粗氨進行純化者,其包含:貯留部,其貯留液體狀之粗氨,並將該貯留之液體狀之粗氨導出;氣化部,其將自上述貯留部導出之液體狀之粗氨之一部分氣化,並將氣體狀之氨導出;吸附部,其將自上述氣化部導出之氣體狀之氨中含有之雜質藉由多孔質之吸附劑吸附除去,並將氣體狀之氨導出;及分凝部,其藉由實施使自上述吸附部導出之氣體狀之氨整體的70~99體積%冷凝之分凝,分離成氣相成分與液相成分,藉此將揮發性較高之雜質作為氣相成分分離除去,而作為液相成分獲得純化之液體狀之氨。
- 如請求項1之氨純化系統,其中上述吸附部至少包含填充有合成沸石MS-3A作為吸附劑之吸附區域及填充有合成沸石MS-13X作為吸附劑之吸附區域。
- 如請求項1或2之氨純化系統,其中上述吸附部包含串列連接之複數個吸附塔,上述複數個吸附塔將自上述氣化部導出之氣體狀之氨中含有之雜質吸附除去。
- 一種氨之純化方法,其特徵在於:其係對粗氨進行純化者,其包括:貯留步驟,其係貯留液體狀之粗氨,並將該貯留之液體狀之粗氨導出; 氣化步驟,其係將上述貯留步驟中導出之液體狀之粗氨之一部分氣化,並將氣體狀之氨導出;吸附步驟,其係將上述氣化步驟中導出之氣體狀之氨中含有之雜質藉由多孔質之吸附劑吸附除去;及分凝步驟,其係藉由實施使上述吸附步驟中已吸附除去雜質之氣體狀之氨整體的70~99體積%冷凝之分凝,分離成氣相成分與液相成分,藉此將揮發性較高之雜質作為氣相成分分離除去,而作為液相成分獲得純化之液體狀之氨。
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