制备高纯液氮的方法和设备技术

一种制备高纯液氮的方法，该液氮至少基本上不含氢、一氧化碳和氧杂质中的一种。该方法将被提纯液氮与一种吸附剂接触，并回收高纯液氮。一种用于该方法的设备包括被提纯的液氮的来源（１），它通过导管（２）与装有吸附剂的反应器（３）的入口相连，在反应器（３）的出口处设置了连接导管（４）。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
制备高纯液氮的方法和设备本专利技术涉及制备高纯液氮的方法，这种高纯液氮至少基本上不含氢、一氧化碳和氧杂质中的一种，本专利技术还涉及用于这种方法的设备。液氮或气态氮通常是通过空气的低温蒸馏来制备的，它是在含有一个或多个蒸馏塔的低温实验箱中进行的。这样得到的氮的纯度对它的大多数应用来说是足够的。然而，一些作用领域如电子工业、特别是半导体或其它元件的制造，制药工业，分析或研究，需要高纯的氮。根据上述的应用，更具体地说，氮至少应该基本上不含氢、一氧化碳和氧杂质中的一种。因此，要求这些杂质的最大含量的量级在几个ppb(体积的十亿分之一)。氢和一氧化碳杂质通常是从要蒸馏的空气中除去，或从低温蒸馏后得到的气态氮中除去。为此，已经提出了一些提纯工艺，根据这些工艺，在催化剂的存在下，上述两种杂质可以和足量的氧反应，形成水和二氧化碳，水和二氧化碳可以随后通过例如吸附而除去。例-->如，在美国专利4869883和专利申请EP—A—454531和FR—A—2690357中对这类工艺有描述。专利申请JP—A—05/079754描述了从液氮中除去二氧化碳、水和一氧化碳杂质的方法。根据这个方法，将从蒸馏塔得到的液氮导入吸收塔，液氮通过上述吸收塔后又返回到蒸馏塔。使用的吸附剂为A型沸石。美国专利5333463中描述了通过用未交换的沸石的吸附来除去液氮中的一氧化碳的方法。还有人提出通过吸附从冷的气态氮中除去氧或一氧化碳。这种方法在例如美国专利4746332中有描述。现在来看，制备高纯氮气的方法都是(就申请人所知)在气体、通常是空气或要提纯的氮气上进行的。因为要处理的氮气体积很大，用于该方法的装置通常尺寸都很大，特别是当上述气体是由空气组成的。此外，从降低成本和投资角度来看，通常都将氮以液态形式贮存和运输。如果希望制得高纯液氮，则第一步要提纯被蒸馏的空气或气态氮，第二步再液化提纯了的气态氮。然而，将氮从气态转变为液态时，包含的步骤可能会使氮意外地受到杂质(主要是氧，有时也有一氧化碳和/或氢)的重新污染。此外，即使液化是很小心地进行，但将液氮从它的贮存或运输处转移到另一处贮存或运输处时，液氮仍可被上述杂质污染。-->此外，在气体上进行提纯导致大的压力降低。因此应该理解，直接在液氮上进行提纯可以避免压力的降低。本专利技术的第一个目的是一种方法，这种方法使得直接处理液氮成为可能，因而可提纯液氮。本专利技术的第二个目的是由一种提纯液氮的方法构成，这种方法不需要使用很昂贵和尺寸很大设备。本专利技术的第三个目的是由一种提纯液氮的方法构成，这种方法能在贮存或运输液氮的任何地方实施。本专利技术的第四个目的是由一种制备高纯液氮的设备构成。因此，本专利技术由一种制备高纯液氮的方法构成，这种液氮基本不含氢、一氧化碳和氧杂质中的至少一种，其特征在于，将要提纯的液氮与一种吸附剂接触，使它能吸附至少一种上述的杂质，并回收上述的高纯液氮，但须排除上述的杂质为一氧化碳而上述的吸附剂为未交换的沸石的方法。事实上，已经表明用未交换的沸石吸附包含在液氮中的一氧化碳只能除去部分一氧化碳。由这种方法回收的液氮不适合用于(特别是)电子工业中。通过参考附图将更详细地描述本专利技术。图1表示一种除去装在贮罐中的液氮里的杂质的设备。图2表示一种除去在贮存输出端里的液氮中存在的杂质的设备。-->图3表示一种用于除去液氮里的杂质的设备，上述设备包括两个平行设备的吸附反应器。图4表示一个液氮的贮罐，它配有提纯液氮的装置，并与一个运输这种液氮的罐相连。图5表示一个用于分离空气中的气体的低温实验箱，并与提纯液氮的装置相连。图6表示分离空气中的气体的单元，它是利用高纯液氮的瓶装原料来操作的。图7表示一种通过吸附除去氧和一氧化碳的设备，并附有除氢的蒸馏塔。适合用于本专利技术方法的吸附剂可选自由天然沸石、合成沸石和多孔金属氧化物组成的一组。天然沸石优选是丝光沸石，而合成沸石优选为A、X或Y型。这些沸石是众所周知的，例如在美国专利2882244或美国专利3140933中有描述。在本专利技术文本中，优选的是沸石4A，5A和10X型。这些沸石可用于吸附氧，优选为氢。然而，如上所述，它们不适合用于除去一氧化碳。根据本专利技术的优越性的一方面，吸附剂可与至少一种金属离子交换，特别是当它由沸石组成时。离子交换可用传统方式进行。这种交换目的在于用至少一种其它的阳离子部分取代含于天然-->或合成沸石中的阳离子。这种交换过的沸石适合用于吸附上述杂质，包括一氧化碳。金属离子可以是选自由锂，碱土金属如钙、钡或锶，过渡金属如锌、铁或优选地铜、银组成的一组中的金属的离子。二价铜离子更加是优选的。交换的程度是离子特性的函数，但是它优选地应尽可能地高。举例说明，如果上述离子是锂，交换率可以高于80％，优选高于90％；如果上述离子为二价铜离子，交换离可以高于90％，优选达到接近100％。为达到高的交换率，可将吸附剂进行两多或更多次的连续交换操作。本专利技术最优选的吸附剂是多孔金属氧化物。术语“金属氧化物”既指一种金属氧化物也指几种金属氧化物的混合物，包括SiO2单元的沸石不是本专利技术所指的金属氧化物。举例金属氧化物，可以指过渡金属的氧化物，特别是元素周期表中第IVB、VB、VIB和IB族且原子序数在22和79之间的金属的氧化物。后一种优选的是铜、镍、锰、银和铁，单独使用或作为混合氧化物使用。含有混合的铜、锰氧化物的金属氧化物如霍加拉特(hopcal-lites)是特别优选的。特别适合用于本专利技术方法的霍加拉特是由Pro-labo France公司投放市场的类型，它含有氧化锰、氧化铜、氧化亚铜和碳酸锰的混合物。本专利技术的吸附剂可以有平均直径大于0.4nm，优选在0.5至1nm之间的微孔，微孔体积大于0.1cm3/g，优选在0.15和0.5cm3/-->g之间。本专利技术吸附剂的比表面通常大于150m2/g，当吸附剂是沸石时优选在150至300m2/g之间，当吸附剂是多孔金属氧化物时，优选在500至800m2/g之间。吸附剂可以粉末或小棒或优选地为球状。这些球的直径可在1至5mm之间。本专利技术中要提纯的液氮可含有小于5ppm(体积百万分之一)的每种上述的杂质，通常含有0.15至2ppm上述的一氧化碳和氧杂质，以及小于50ppb的氢杂质。每种杂质的含量是由用来制备上述被提纯的液氮的方法所决定的。由本专利技术方法来处理的液氮现在仅含有少部分每种上述的杂质。因此，根据使用的吸附剂的性质和特点，就有可能制备高纯液氮，这种高纯液氮含氢低于10ppb，含一氧化碳低于20ppb或甚至低于5ppb，和/或含氧低于25ppb或甚至低于5ppb。应该注意，上述的一些吸附剂对某种杂质比另一种杂质更加具有选择性。考虑到这点，应该注意，金属氧化物特别是那些霍加拉特类型的金属氧化物对氧和一氧化碳比对氢要更具选择性。在这种情况下，优选使用两种或多种吸附剂的组合来获得基本不含上述任何一种杂质的液氮。可以使用其它方法来除去没有被吸附剂吸附的杂质。因此，如果未被吸附的杂质是氢，则可用传统的蒸馏方法从液氮中将其除去。这样使用的各种吸附剂可以安排在单独一个处理区或在分开的-->几个处理区，每个这种处理区含有一种吸附剂，这样一个处理区可以由一个反应器构成。然而，基本上仅不含上述一种杂质或两种杂质的液氮可以适本文档来自技高网...

【技术保护点】
制备高纯液氮的方法，该液氮至少基本不含氢、一氧化碳和氧杂质中的一种，其特征在于，将被提纯的液氮与一种吸附剂接触，使至少一种上述杂质被吸附，并将上述高纯液氮回收，但须排除吸附剂是未交换的沸石而杂质是一氧化碳的方法。

【技术特征摘要】
FR 1993-12-31 93159581.制备高纯液氮的方法，该液氮至少基本不含氢、一氧化碳和氧杂质中的一种，其特征在于，将被提纯的液氮与一种吸附剂接触，使至少一种上述杂质被吸附，并将上述高纯液氮回收，但须排除吸附剂是未交换的沸石而杂质是一氧化碳的方法。2.根据权利要求1的方法，其特征在于，吸附剂从由天然和合成沸石、多孔金属氧化物组成的一组中选择。3.根据权利要求2的方法，其特征在于，沸石是丝光沸石或合成沸石，如沸石A、X或Y，优选为沸石4A、5A、10X和13X。4.根据权利要求2或3的方法，其特征在于，沸石与至少一种金属离子交换，该金属选自由锂、碱土金属如钙、钡或锶，过渡金属如锌、铁、银或优选地铜组成的一组。5.根据权利要求4的方法，其特征在于，沸石是与二价铜离子交换过的。6.根据权利要求2的方法，其特征在于，多孔金属氧化物包括至少一种过渡金属氧化物。7.根据权利要求6的方法，其特征在于，所说的多孔金属氧化物包含一种氧化铜和氧化锰的混合物，如霍加拉特。8.根据权利要求1至7的任一项的方法，其特征在于吸附剂的平均微孔直径大于0.4nm、优选在0.5至1nm之间。9.根据权利要求1至8的任一项的方法，其特征在于，杂质基本上由一氧化碳和氧组成。10.根据权利要求1至9的任一项的方法，其特征在于，杂质的吸附是在生产液氮的低温实验箱的外部进行的。11.根据权利要求1至10的任一项的方法，其特征在于，吸附剂在吸附杂质以后又被再生。12.根据权利要求1至11的任一项的方法，其特征在于，吸附剂被分开放...

【专利技术属性】
技术研发人员：D加里，
申请(专利权)人：乔治克劳德方法和研究开发空气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]