氩气的纯化方法以及氩气的回收纯化装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种氩气的纯化方法，其是向作为杂质含有氢、一氧化碳、氧的氩气中，添加氧而在催化塔中将氢和一氧化碳转换为水和二氧化碳，或添加氢而将氧转换为水的氩气的纯化方法，其特征在于，具有：在催化塔出口侧监测氢、一氧化碳、氧的工序；以及在催化塔出口侧检测出氢以及一氧化氧中的任一种的情况下向氩气中添加氧的工序、和在检测出氧的情况下添加氢的工序中的至少一种工序，相对于氩气被连续地供给至催化塔，间歇性地进行被添加至催化塔的氧或氢的添加。由此，提供一种氩气的纯化方法，其通过向作为杂质含有氢、一氧化碳、氧的氩气中间歇性地添加氧以及氢，从而不需要用于除去剩余的氧、氢的金属塔，设备成本低廉且不易发生故障。

Purification of argon gas and the recovery and purification device of argon gas

The invention provides a method for purifying argon, argon is to as impurities containing hydrogen, carbon monoxide, oxygen, and oxygen in the catalytic tower will add hydrogen and carbon monoxide into water and carbon dioxide, hydrogen and oxygen or added into purified water and gas, which is characterized in that: with in catalytic tower outlet side monitoring hydrogen, carbon monoxide, oxygen in the catalytic process; and the outlet side of the tower to detect hydrogen and oxygen oxidation in any case to add oxygen in argon process, and at least one of a process of adding hydrogen oxygen conditions in detection, compared with argon is continuous supplied to the catalytic tower, to be added to add intermittent oxygen or hydrogen catalytic tower. Thus, a method for purifying argon is provided by adding oxygen and hydrogen intermittently to the argon gas containing hydrogen, carbon monoxide and oxygen, so that no metal tower for removing residual oxygen and hydrogen is needed. The equipment is cheap and is not liable to failure.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氩气的纯化方法以及氩气的回收纯化装置
本专利技术涉及一种作为杂质微量含有氢、氧、一氧化碳的氩气的纯化方法以及氩气的回收纯化装置。
技术介绍
在以CZ(Czochralski)法和FZ(Floatingzone)法制造单晶硅时所使用的单晶硅制造装置中，使用氩气作为炉内气氛气体。氩气是在空气中少量含有的气体且价格比氧、氮等气体高。因此，设计了用于对从上述装置排出的氩气(以下称为废氩气)进行回收、纯化以及再利用的设备(专利文献1、专利文献2)。在单晶硅的制造中，为了提高品质而使用高纯度氩气，但是，来自单晶硅制造装置的废氩气会由于氢、氧、一氧化碳、氮等的混入而纯度降低，无法直接再利用。因此需要纯化，其纯化方法也提出有多种(专利文献1、专利文献2)。一般是通过使用沸石等吸附剂的杂质吸附法来进行针对氩气中杂质的纯化，但是氢、氧、一氧化碳等杂质难以被吸附。因此，通过在吸附工序的前段添加氢、氧，并使用铂催化剂等使其反应，将氢、氧、一氧化碳转换为水、以及二氧化碳等易于被吸附材料吸附的物质，这样来进行吸附。转换工序中利用了通过添加氢、氧而使在所述废氩气中含有的氢、氧、一氧化碳转换为水、二氧化碳的催化反应，在该转换工序中认为在催化剂的表面上进行了基于如下的化学式的催化反应。H2+(1/2)O2→H2O(1)CO+(1/2)O2→CO2(2)通过该反应使在废氩气中含有的氢、氧、一氧化碳全部转换为水和二氧化碳，为了在催化反应工序的后段不残留氢、氧、一氧化碳，需要按照该化学式的化学计量比适量地添加氢、氧。但是，从单晶硅制造装置排出的废氩气中的氢、氧、一氧化碳的量会一直变化，与其变化量相应地调整氢、氧的添加量是非常困难的。因此，通常采用的方法是：相较于预计的在废氩气中含有的氢、氧、一氧化碳的量，添加过剩的量的氢、氧来实施催化反应，之后再用其他方法将在催化反应中残余的剩余氢或剩余氧除去。在专利文献1中记载的方法是向作为杂质含有氢、氧、一氧化碳的废氩气中添加过剩的氢使氧催化反应为水，之后使用氧化铜在320℃的温度下通过如下反应将剩余氢和剩余一氧化碳转换为水和二氧化碳。H2+CuO→H2O+Cu(3)CO+CuO→CO2+Cu(4)在专利文献2中记载的方法是向作为杂质含有氢、氧、一氧化碳的废氩气中添加过剩的氧，使氢和一氧化碳通过催化反应转换为水和二氧化碳，之后使用金属在250℃的温度下通过如下反应将剩余氧除去。O2+金属→金属氧化物(5)现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利公开昭62-119104号公报专利文献2：日本专利公开2012-229151号公报
技术实现思路
(一)要解决的技术问题作为在单晶硅制造装置中被用作炉内气氛气体的高纯度氩气，使用氢浓度为1摩尔ppm以下、氧浓度为1摩尔ppm以下、一氧化碳浓度为1摩尔ppm以下的程度的高纯度氩气。当然，在对排出的废氩气进行回收、纯化以及再利用的情况下，也需要纯化除去杂质以达到该程度的纯度。然而，根据本专利技术人的单晶硅制造实践，在单晶硅制造装置中，废氩气中的氢、氧、一氧化碳浓度为数摩尔ppm～100摩尔ppm的程度，且这些浓度在数10摩尔ppm的范围内变化。因此，例如假定是在流量为500Nm3/h的废氩气中含有的氢的浓度为100摩尔ppm且纯化后氩气中的氢浓度几乎为零(1摩尔ppm以下)的情况，为了使该氢通过添加氧的催化反应而100％地转换为水，基于上述的(1)式而需要如下的氧添加量(A)。A＝500Nm3/h×100摩尔ppm×1/2＝0.025Nm3/h＝0.417NL/min另外，用于将1摩尔ppm的氢100％地转换为水的氧添加量(B)如下进行计算。B＝500Nm3/h×1摩尔ppm×1/2＝0.00417NL/min这就意味着为了使催化反应后的氧浓度为1摩尔ppm以下而需要针对废氩气中的氢浓度的变化始终以0.00417NL/min以下的精度适量地控制氧的添加量。这在技术上是非常困难的。因此，设计了如下方法：在废氩气的纯化中，不仅利用在废氩气中含有的气体与添加气体的催化反应，还使用被氧化后的金属或被还原后的金属来除去催化反应后的剩余气体。在剩余气体为氢、一氧化碳的情况下使用如下方法：如图6所示那样在催化塔的下游侧准备被氧化后的金属，利用与金属结合的氧将氢、一氧化碳氧化而转换为水、二氧化碳(参照专利文献1)，在剩余气体为氧的情况下使用如下方法：如图7所示那样准备被还原后的金属而通过生成氧化金属来除去氧(参照专利文献2)。在图6中示出了被氧化后的金属为CuO的例子，在图7中示出了被还原后的金属为Cu的例子。但是，该使用金属的方法由于需要在250℃以上的高温下进行反应而一般会使用电热器，是在能源方面不利的方法。另外，在纯化装置的运转过程中，需要进行使金属再生的操作。例如，在使用被氧化后的金属将氢转换为水的情况下，若塔内(以下称为金属塔)的所有金属均被还原，则无法继续有效运作，因此需要通过再生操作(氧导入和高温反应)再次生成氧化金属。因此，需要用于进行再生的设备，这成为设备成本升高的原因。此外，例如在利用氧化金属使氢生成水时，在反应进行而金属塔内存在大量被还原后的金属的状态下，若在单晶硅制造装置的废氩气中混入了超过设定的氧浓度的氧，则被还原后的金属会剧烈地发生氧化反应。在该情况下，由于放出大量的反应热，金属塔内会达到极端的高温，有可能导致金属塔发生故障，因此需要进行管控以避免混入过剩的氧，此外该情况也会成为装置成本上升的原因。本专利技术是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种氩气的纯化方法以及氩气的回收纯化装置，通过向作为杂质含有氢、一氧化碳、以及氧中的至少一种以上的氩气中添加氧以及氢，即使在氩气中含有的杂质的量变化的情况下也适量地供给氧和氢，而不需要用于除去剩余的氧、氢的金属塔，设备成本低廉且不易发生故障。(二)技术方案为了实现上述目的，本专利技术提供一种氩气的纯化方法，其通过向作为杂质含有氢、一氧化碳、以及氧中的至少一种以上的氩气中，添加氧而在催化塔中用催化反应将在所述氩气中含有的氢和一氧化碳转换为水和二氧化碳，或添加氢而在所述催化塔中用催化反应将在所述氩气中含有的氧转换为水，从所述氩气中除去氢、一氧化碳、以及氧中的至少一种以上，其特征在于，具有：在所述催化塔的出口侧监测氢、一氧化碳、以及氧中的至少一种的工序；以及在所述催化塔的出口侧检测出氢以及一氧化氧中的任一种的情况下在所述催化塔的入口侧向所述氩气中添加氧的工序、和在所述催化塔的出口侧检测出氧的情况下在所述催化塔的入口侧向所述氩气中添加氢的工序中的至少一种工序，相对于所述氩气被连续地供给至所述催化塔，间歇性地进行被添加至所述催化塔的氧或氢的添加，从而除去在所述氩气中含有的氢、一氧化碳、以及氧中的任意一种以上。这样，通过监测氢、一氧化碳、以及氧中的至少一种，并间歇性地添加氧以及氢，即使在氩气中含有的这些杂质的量变化，也能够适量地供给氧和氢，并能够持续进行氩气的纯化。这时，优选地，在所述催化塔的下游，不具有通过与金属的氧化反应将在所述催化反应中剩余的氧除去的工序、以及通过与金属的还原反应将在所述催化反应中剩余的氢除去的工序。若这样不具有通过与金属的氧化反应除去剩余氧的工序、以及通过与金属的还原反应除去剩余氢的工序，则不需要催化塔的下游本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氩气的纯化方法，其通过向作为杂质含有氢、一氧化碳、以及氧中的至少一种以上的氩气中，添加氧而在催化塔中用催化反应将在所述氩气中含有的氢和一氧化碳转换为水和二氧化碳，或添加氢而在所述催化塔中用催化反应将在所述氩气中含有的氧转换为水，从所述氩气中除去氢、一氧化碳、以及氧中的至少一种以上，其特征在于，具有：在所述催化塔的出口侧监测氢、一氧化碳、以及氧中的至少一种的工序；以及在所述催化塔的出口侧检测出氢以及一氧化氧中的任一种的情况下在所述催化塔的入口侧向所述氩气中添加氧的工序、和在所述催化塔的出口侧检测出氧的情况下在所述催化塔的入口侧向所述氩气中添加氢的工序中的至少一种工序，相对于所述氩气被连续地供给至所述催化塔，间歇性地进行被添加至所述催化塔的氧或氢的添加，从而除去在所述氩气中含有的氢、一氧化碳、以及氧中的任意一种以上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.24 JP 2015-0604051.一种氩气的纯化方法，其通过向作为杂质含有氢、一氧化碳、以及氧中的至少一种以上的氩气中，添加氧而在催化塔中用催化反应将在所述氩气中含有的氢和一氧化碳转换为水和二氧化碳，或添加氢而在所述催化塔中用催化反应将在所述氩气中含有的氧转换为水，从所述氩气中除去氢、一氧化碳、以及氧中的至少一种以上，其特征在于，具有：在所述催化塔的出口侧监测氢、一氧化碳、以及氧中的至少一种的工序；以及在所述催化塔的出口侧检测出氢以及一氧化氧中的任一种的情况下在所述催化塔的入口侧向所述氩气中添加氧的工序、和在所述催化塔的出口侧检测出氧的情况下在所述催化塔的入口侧向所述氩气中添加氢的工序中的至少一种工序，相对于所述氩气被连续地供给至所述催化塔，间歇性地进行被添加至所述催化塔的氧或氢的添加，从而除去在所述氩气中含有的氢、一氧化碳、以及氧中的任意一种以上。2.根据权利要求1所述的氩气的纯化方法，其特征在于，其在所述催化塔的下游不具有通过与金属的氧化反应将在所述催化反应中剩余的氧除去的工序、以及通过与金属的还原反应将在所述催化反应中剩余的氢除去的工序。3.根据权利要求1或2所述的氩气的纯化方法，其特征在于，比较在所述被纯化的氩气中含有的氢和一氧化碳的合计量与氧的量，在所述氢和一氧化氧的合计量相对于所述氧的量以摩尔当量比记超过2倍的情况下，使添加的气体为氧，在不足2倍的情况下使添加的气体为氢。4.根据权利要求1至3中任一项所述的氩气的纯化方法，其特征在于，使所述被纯化的氩气为从单晶硅制造装置排出的废氩气。5.根据权利要求1至4中任一项所述的氩气的纯化方法，其特征在于，使所述间歇性地添加的...

【专利技术属性】
技术研发人员：黑泽靖志，松嶋秀明，
申请(专利权)人：信越半导体株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP